Harjateräksen ominaisuuksien mittaaminen konenäön avulla

Abstract

Harjateräksen valmistukseen on tarkat standardit, joiden noudattamista viranomaistaho valvoo mittaamalla tuotannosta otettavia näytepaloja aika ajoin. Harjateräsvalmistajat mittaavat tuotteitaan varmistuakseen vaatimusten täyttymisestä. Pintos Oy:llä mittaukset on tehty tähän asti käsin muun muassa työntömitalla. Tähän kaivattiin automatisointia lähinnä mittaustoistettavuuden parantamiseksi.

Projekti aloitettiin tutkimalla erilaisia harjaterästangon mittaustapoja. Aluksi tutkittiin erilaisia mekaanisia tekniikoita, mutta konenäköjärjestelmän edut nousivat muiden tekniikoiden edelle. Suunniteltaessa konenäköjärjestelmää todettiin, että on hyödyllistä tehdä harjaterästangosta 3D-malli, josta pystytään laskemaan tarvittavat ominaisuudet. 3D-mallin tekemiseen päädyttiin, koska 2D-kuva ei sisällä tarpeeksi tietoa vaadittaviin mittauksiin. Myös kuvaustekniikan valinta oli haasteellista harjaterästangon muodon ja materiaalin vuoksi. Lopulta taustavaloa vasten eri kulmista otettujen kuvien yhdistäminen ja niistä 3D-mallin muodostaminen osoittautui hyväksi ratkaisuksi.

Idean toteuttamiskelpoisuus todettiin erilaisten testausversioiden avulla. Osa järjestelmän komponenteista, kuten kamera ja optiikka, ostettiin valmiina, mutta suurin osa suunniteltiin ja toteutettiin varta vasten tätä pilottijärjestelmää varten. Lopullinen harjateräksen ominaisuuksien mittaamiseen tehty pilottijärjestelmä koostuu telineestä, siihen integroidusta kamerasta, optiikasta, taustavalosta, askelmoottorista ja ohjauselektroniikasta sekä niitä ohjaavasta ohjelmistosta. Järjestelmä mittaa harjaterästangon harjakorkeuden, harjavälin, harjakulman, harjan nousukulman, harjan poikkipinta-alan sekä harjarivien välisen etäisyyden.

Reinforcing bar (re-bar) manufacturing is strictly standardized. Certified third party checks that the standards are followed by measuring the re-bar samples taken from the production line. Also the manufacturers measure the re-bars time to time to make sure that their re-bars fulfil the requirements set by the standard. Pintos Oy used mostly caliper in measuring re-bar characteristics. This measuring process needed to be automated.

The project started by studying different kind of possible measuring techniques for re-bars. The testing started with different kind of mechanical measuring methods, but shortly machine vision was discovered to be the most potential method. In this designing process the 3D model was found to be a useful way to measure the needed characteristics because 2D image did not give enough information. It was also very challenging to choose the right imaging technique because of the shape and material of the re-bar. Finally, creating 3D model of a re-bar by combining images taken from different angles of the re-bar was found to be a very successful solution.

The viability of the idea was proven with different kind of test versions. Some of the components like camera and optics used in this system were bought, but most of the parts were designed and purpose-built. The final pilot system made for measuring the re-bar characteristics consists of a platform, a camera, an optics, a back light, a stepper motor and a controlling electronics but also of a program which controls the whole system. This system measures the rib height, the rib angle, the distance between the ribs, rib’s longitudinal cross-section area, the rib flank inclination and a distance between rib rows.