MICRONESS s novým algoritmem a rozhraním

O programu MICRONESS pro vyhodnocování zkoušek tvrdosti a mikrotvrdosti jsme zde již informovali před dvěma lety. Za tu dobu došlo v souvislosti s vývojem pokrokových rozpoznávacích algoritmů a na základě zkušeností uživatelů k vytvoření nové verze programu, která přináší dokonalejší vyhodnocení vtisku, uživatelsky pohodlnější ovládání a zlepšené dokumentační možnosti. Práce na programu MICRONESS jsou podpořeny programem TIP Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Na vývoji programu spolupracuje také Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, zejména v oblasti jeho aplikací při výzkumu materiálových vlastností polymerů.

Ke zjišťování mikrotvrdosti se běžně používají metody měření podle Vickerse a Knoopa. Vickersova metoda je používaná nejčastěji, ale postupně se stále více uplatňuje i Knoopova metoda. Je to zejména z důvodu její vhodnosti pro měření vysoce tvrdých, ale tenkých chemickotepelně zpracovaných vrstev. Použití Knoopovy metody je nejčastější při posuzování náročných dílů zejména pro automobilový průmysl.  

Nový algoritmus

Rozpoznání vtisku podle Knoopa ve tvaru hodně protáhlého kosodélníku, které pro člověka nepředstavuje větší problém, naráží na řadu komplikací, když má být prováděno automaticky. Pokud jsou vzorky ideálně připravené, bez nečistot a mají dobrou světelnou odrazivost, tak je tato úloha skutečně jednoduchá. Nicméně v praxi je potřeba se potýkat se vzorky, které tyto vlastnosti nemají, jak je patrné z uvedených příkladů. Obraz vtisku je často obklopen nečistotami nebo škrábanci, někdy je dokonce poškozený samotný vtisk (obr. 1).

Nový algoritmus implementovaný v programu MICRONESS vychází z geometrického popisu tvaru vnikacího tělesa a vždy se snaží detekovat vtisk jako celek. Díky tomu je minimalizován efekt všech rušivých elementů v obraze. Jak tento algoritmus funguje?

Prvním krokem je filtrace obrazu vtisku za pomoci tzv. hranových operátorů. Účelem této filtrace je nalezení hran vtisku v šedotónovém obraze, jak je patrné z obr. 2.

          Obr. 1                                                          Obr.2

Hrany však nejsou přesné přímky a navíc je spolu s hranami vtisku detekováno i množství bodů mimo hrany vtisku. Proto je pro analýzu hranového obrazu využito techniky Active Shape Model, používané například při rozpoznávání obličejů nebo orgánů v rentgenových snímcích. Objekt je popsán pomocí sady významných bodů. Z těchto bodů je možné pomocí takzvané Principal Component Analysis odvodit sadu parametrů, které tvar popisují. Ve spojení s technikou označovanou jako Particle Filtering jsou zkoumány variance v parametrech objektu a hledají se takové hodnoty, které nejlépe odpovídají hranovému obrazu. Díky parametrickému popisu tak lze omezit rozsah jednotlivých parametrů. V případě popisu vtisku je možné vymezit rozsah jeho natočení a velikosti. V každé iteraci algoritmu je vyhodnocena míra shody různých kombinací parametrů s hranovým obrazem. Pro další iteraci jsou generovány kombinace parametrů podobné těm, které vykázaly největší shodu. Následující obrázky ilustrují první tři iterace algoritmu. Při první iteraci jsou generovány parametry s různou velikostí a natočením. Na druhé iteraci je patrná koncentrace parametrů kolem skutečného vtisku. Na třetí iteraci jsou již veškeré kombinace parametrů soustředěny v okolí skutečného vtisku (obr. 3).

Iterativní algoritmus je ukončen po dosažení dostatečné shody, případně maximálního počtu kroků. Výsledky detekce jsou pro různé případy kvalitních i méně kvalitních obrazů vtisků podle Knoopa zachyceny na obr. 4. 

            Obr.3                                                              Obr. 4

Nové rozhraní

Uživatelské rozhraní programu MICRONESS vychází z moderních programovacích postupů a je přizpůsobeno pohodlné práci v provozních podmínkách. Ikony jednotlivých funkcí jsou názorné a dostatečně velké, takže rychlá změna nastavení nečiní žádné potíže. Rozhraní má jednotónové barevné provedení, na kterém jasně vynikají nastavovací prvky a naměřené hodnoty (obr. 5).

       Obr. 5

Kromě samozřejmých funkcí souvisejících se sejmutím a vyhodnocením vtisku a s uložením jeho obrazu a naměřených hodnot má program MICRONESS další užitečné funkce. Je to zejména možnost vyhodnocení průběhu tvrdosti pro stanovení hloubky chemicko-tepelně zpracované vrstvy, která poskytuje jak numerický, tak grafický výstup. Dále je k dispozici odměřovací nástroj, který je vhodný k určení vzdálenosti vtisku od okraje vzorku nebo od vedlejšího vtisku a který může být také použitý ke stanovení velikosti fázových složek. Pro nastavování snímací kamery je možné zapnout centrovací kříž.

Pro uživatele jsou podstatné dokumentační možnosti výsledků měření, protože v řadě výrob, a to zejména v automobilovém průmyslu, je důsledná archivace neodmyslitelnou součástí kontroly kvality. Ukládání výsledků je v současné verzi souborově orientované, ale do budoucna se počítá i s databázovou verzí archivace, která zajistí spolehlivé a prokazatelné uchování naměřených hodnot. Měřicí protokol obsahuje kromě identifikačních údajů a naměřených hodnot také grafické zobrazení průběhu tvrdosti a je možnost do protokolu vložit i příklady obrazů jednotlivých vtisků.

Program MICRONESS představuje moderní měřicí nástroj, který najde široké využití při měření kovových materiálů v provozních laboratořích, kde zajistí vysokou reprodukovatelnost a produktivitu měření. Díky robustnímu vyhodnocovacímu algoritmu bude program MICRONESS využívaný i při výzkumu nových metod hodnocení vlastností polymerních materiálů.

Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR podle smlouvy č. FR-TI1/487.

TSI System s.r.o.

www.tsisystem.cz

Energocentrum Plus s.r.o.

www.rcware.eu