Trong quy trình kiểm tra màu sắc tại nhà máy sản xuất, cả chất lượng và độ ổn định đều là những yêu cầu bắt buộc. Camera quang phổ của Epson có khả năng phân biệt những khác biệt màu sắc tinh tế mà camera RGB khó có thể nhận biết.

Các vấn đề trong quy trình kiểm tra màu sắc 

Trong hầu hết các trường hợp, các hoạt động kiểm tra liên quan đến màu sắc vẫn được thực hiện chủ yếu bằng quan sát trực quan. Ngoài kiểm tra bằng mắt thường, một số nhà máy còn kết hợp thêm phương pháp kiểm tra điểm bằng máy quang phổ (spectrophotometer). Những phương pháp này tồn tại các vấn đề sau.

Các vấn đề của kiểm tra bằng mắt thường

Kiểm tra trực quan tồn tại nhiều hạn chế như phải phụ thuộc vào kỹ thuật viên hoặc công nhân nhà máy, kết quả đánh giá có thể thay đổi theo điều kiện môi trường xung quanh, đồng thời không thể định lượng kết quả kiểm tra. Ngoài ra, quá trình đào tạo nhân sự kiểm tra tốn nhiều thời gian, tiêu chuẩn đánh giá giữa các kỹ thuật viên không đồng nhất, và kết quả đánh giá có thể thay đổi theo thời điểm trong ngày do sự mệt mỏi và thiếu tập trung của con người.

Các vấn đề của máy quang phổ (Spectrophotometer)

Máy quang phổ khi đo sẽ chiếu ánh sáng lên một điểm rất nhỏ (spot) và chỉ đo một vùng cố định, do đó không thể kiểm tra màu sắc ở các khu vực khác hoặc đo toàn bộ bề mặt lớn trong một lần. Khi cần kiểm tra màu sắc trên diện tích lớn, phải tiến hành đo tại nhiều điểm riêng lẻ với kích thước vùng đo cố định. Điều này khiến không thể đánh giá màu sắc của toàn bộ bề mặt cùng lúc, và mất khá nhiều thời gian kiểm tra khi số lượng điểm đo nhiều.

Với Camera quang phổ Epson chúng ta có thể khắc phục những hạn chế trên, camera thu nhận ảnh với 16 băng tần quang phổ trong dải khả kiến (400–700 nm), cho phép thể hiện quang phổ màu rộng gấp nhiều lần camera RGB và phát hiện những dải màu phức tạp thường bị bỏ sót. Ví dụ, camera quang phổ có thể đo và so sánh chi tiết phổ màu của khuôn sáp phấn trang điểm để phát hiện ra sai khác dù ΔE màu rất nhỏ (ΔE≈0.1), trong khi mắt người hay máy quang phổ (spectrophotometer) khó nhận biết.

*Delta E (ΔE) là chỉ số đo lường sự khác biệt có thể nhìn thấy giữa hai màu sắc.

Cơ chế hoạt động và đặc điểm của camera quang phổ

Bộ lọc điều chỉnh Fabry–Perot MEMS

Công nghệ lõi của SV-700S là bộ lọc Fabry–Pérot tích hợp cơ cấu MEMS do Epson phát triển. Bộ lọc quang siêu mỏng này có thể truyền đúng bước sóng mong muốn với độ chính xác và tốc độ rất cao. Nhờ ứng dụng MEMS Fabry–Pérot, toàn bộ camera có thiết kế cực kỳ gọn nhẹ, chỉ khoảng 30 x 49 x 73.5 mm, nặng ~175 g.

Tuy camera nhỏ và nhẹ nhưng vẫn có thể lấy mẫu 16 băng tần quang phổ với tốc độ cực nhanh (chỉ khoảng 2 đến 4 giây cho một vùng ảnh, phụ thuộc vào đối tượng đo và điều kiện chiếu sáng). Kích thước nhỏ gọn còn giúp dễ dàng lắp đặt trên dây chuyền sản xuất giống như camera công nghiệp thông thường.

16 băng tần quang phổ

*Bộ lọc Fabry–Pérot: Bộ lọc giao thoa sử dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng được tạo ra bởi hai bề mặt phản xạ song song. Bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các bề mặt phản xạ, bước sóng của ánh sáng truyền qua có thể được thay đổi.

Quét bề mặt nhanh chóng

Camera quang phổ cho phép thu nhận thông tin phổ của toàn bộ bề mặt được chỉ định trong một lần. Nhờ đó, các sai lệch màu sắc phân bố trên bề mặt dễ dàng bị phát hiện, điều mà máy quang phổ khó thực hiện. Không cần phải di chuyển sản phẩm hay chụp từng dòng như camera line scan.

Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ

Camera có kích thước và trọng lượng tương đương camera RGB công nghiệp, cho phép lắp đặt linh hoạt ở nhiều vị trí khác nhau. Camera có thể thay thế trực tiếp camera RGB hoặc được bổ sung như một công đoạn kiểm tra màu mới trên dây chuyền sản xuất.

Hệ thống thị giác linh hoạt

Giải quyết các vấn đề của kiểm tra bằng mắt thường và máy quang phổ

Camera quang phổ cho phép thực hiện đo phổ theo vùng, tương tự cách con người quan sát màu sắc bằng mắt thường. Nhờ khả năng chuyển đổi nhanh giữa 16 dải bước sóng, hệ thống có dải màu rộng hơn camera RGB và có thể phân biệt những khác biệt màu sắc rất nhỏ.

Phần mềm kiểm tra offline và inline

Spectroscopic Vision Tools là phần mềm không cần lập trình, chuyên dụng cho các ứng dụng kiểm tra màu offline.

Vision Guide được trang bị các chức năng xử lý ảnh, cho phép xây dựng nhiều ứng dụng kiểm tra màu khác nhau trong các hệ thống tự động hóa inline.

Dễ dàng tích hợp với robot Epson

Hệ thống camera quang phổ có thể kết hợp trực tiếp với robot Epson. Việc kiểm tra màu sắc và điều khiển robot có thể được lập trình đồng thời trong phần mềm inline, giúp đơn giản hóa quá trình phát triển hệ thống tự động hóa kiểm tra màu sắc của sản phẩm.

Công cụ thị giác

Phần mềm vận hành offline

Người dùng có thể dễ dàng thu nhận ảnh phổ thông qua thao tác chuột. Phần mềm cung cấp các chức năng đo quang phổ và phân tích màu sắc với thao tác đơn giản. Có thể đăng ký dữ liệu màu chuẩn để thực hiện đánh giá OK hoặc NG dựa trên sai lệch màu so với mẫu tham chiếu.

Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ định lượng và trực quan hóa nhiều dạng kiểm tra liên quan đến màu sắc, đồng thời có thể được sử dụng để xác minh điều kiện kiểm tra trước khi xây dựng ứng dụng inline.

Chức năng đo lường

Chức năng xem trước cho phép hiển thị hình ảnh thời gian thực từ camera quang phổ. Hệ thống có thể đo độ phản xạ (reflectance), độ truyền qua (transmittance) và quang phổ (spectrum) của vật liệu tại từng điểm ảnh (pixel). Chức năng cân bằng trắng cho phép chuẩn hóa giá trị phản xạ hoặc truyền qua, và giảm hiện tượng không đồng đều màu sắc do ảnh hưởng bởi ống kính và nguồn sáng.

Chức năng phân tích

Hệ thống cho phép trực quan hóa và định lượng thông tin màu sắc trong dạng sóng và hệ màu Lab. Việc đánh giá OK hay NG được thực hiện dựa trên sai lệch màu so với dữ liệu đã đăng ký trước. Phân bố sai lệch màu được hiển thị theo từng pixel, cho phép kiểm tra sai lệch màu ở cấp vi mô.

Ngoài ra, vùng kiểm tra có thể được chia thành các ma trận để đánh giá sự không đồng đều màu ở cấp vĩ mô. Hệ thống cũng hỗ trợ phân biệt phổ dựa trên hình dạng phổ. Ví dụ, ứng dụng kiểm tra vải bằng cách loại bỏ các nền không cần thiết như bóng do sợi dệt gây ra.

Epson RC+7.0 / Vision Guide 7.0

Phần mềm vận hành inline

Phần mềm vận hành inline được xây dựng dựa trên nền tảng tích hợp giữa các chức năng xử lý ảnh của Vision Guide 7.0 và môi trường phát triển chương trình Epson RC+7.0, cho phép triển khai đồng thời bài toán thị giác và điều khiển trong cùng một hệ thống. Nhiều chức năng kiểm tra màu sắc khác nhau được hỗ trợ trong môi trường này, cho phép người dùng tự do xây dựng các ứng dụng kiểm tra màu sử dụng camera quang phổ.

Epson RC+7.0 được sử dụng để phát triển các hệ thống tự động hóa bằng robot, cho phép lập trình robot, xử lý ảnh và kiểm tra màu sắc trong cùng một môi trường phát triển.

Ứng dụng thực tế trong sản xuất

Kiểm tra màu mỹ phẩm

Camera quang phổ Epson SV-700S thể hiện ưu thế rõ rệt khi kiểm tra màu sắc sản phẩm mỹ phẩm. Thiết bị có độ nhạy cao (ΔE<0.1) nên có thể phát hiện ngay những khác biệt màu rất nhỏ giữa các lô phấn trang điểm, son môi hay phấn mắt. Ví dụ, trong kiểm tra phấn rôm dạng bột (phấn phủ mặt), camera sẽ ghi nhận phổ màu của vùng sáp phấn và so sánh với mẫu chuẩn để phát hiện vệt loang màu hoặc khác biệt màu không đồng nhất. Nhờ đó, các nhà sản xuất mỹ phẩm có thể đảm bảo mỗi lô phấn, son đều cùng một tông màu như thiết kế.

Kiểm tra chất lượng dệt may

Trong ngành dệt may, độ đồng đều và chính xác màu của vải rất quan trọng. Camera quang phổ có thể phát hiện sợi vải sai màu hoặc vết nhuộm lệch tông ngay trên cuộn vải, thậm chí những vết màu loang rất nhỏ mà mắt thường khó phát hiện. Epson đã ứng dụng camera quang phổ trong sản phẩm tiêu dùng, dệt may và linh kiện ô tô, cho phép đo và định lượng chênh lệch màu một cách tự động, cải thiện độ ổn định sản phẩm và tỷ lệ lỗi. Ví dụ, hệ thống có thể phát hiện một sọc màu lệch trên vải trắng để tự động loại bỏ sản phẩm sai sót.

Kiểm tra lớp sơn/phủ chống rỉ trên linh kiện kim loại

Camera quang phổ Epson còn kiểm tra được lớp phủ màu trên các chi tiết kim loại. Ví dụ, camera dùng để kiểm tra các chi tiết trang trí kim loại như bản lề, ốc vít trên túi xách hay linh kiện điện tử xem có được sơn phủ đúng màu hoặc phủ lớp chống gỉ đồng đều hay không. Hình ảnh quang phổ cho phép so sánh xem phần kim loại đã nhận đủ sơn/phủ hay chưa, đảm bảo các chi tiết kim loại đều được xử lý bảo vệ đúng quy cách.

Đánh giá đồng đều màu các linh kiện

Đối với các linh kiện có màu tương tự (ví dụ vỏ nhựa phụ kiện, bộ phận sơn màu nhựa dẻo), camera quang phổ sẽ đo giá trị màu Lab của từng sản phẩm và so sánh với sản phẩm tiêu chuẩn. Nhờ phân tích theo từng pixel của ảnh quang phổ, hệ thống dễ dàng phát hiện ra sản phẩm lệch màu trong cùng nhóm. Các giá trị màu định lượng này được sử dụng để tự động phân loại sản phẩm OK/NG mà không phụ thuộc cảm quan con người.

Tích hợp camera quang phổ vào dây chuyền tự động

Lắp đặt phần cứng

Camera SV-700S dùng ống kính chuẩn C-mount. Do đó, kỹ sư chỉ cần gắn một ống kính công nghiệp phù hợp (tầm nhìn, khẩu độ F tương ứng) vào camera và cố định camera lên giá đỡ. Camera SV-700S được kết nối với bộ điều khiển CV2-SV bằng cáp USB chuyên dụng đi kèm, bộ điều khiển CV2-SV sử dụng nguồn DC 19–24 V và có cáp chống bẻ dài ~3 m. Ánh sáng trong vùng quan sát cần ổn định và đồng đều (ví dụ dùng đèn LED trắng phủ đều mẫu), vì độ chính xác màu nhạy cảm với điều kiện chiếu sáng. Đèn nền hoặc đèn dạng khuếch tán được khuyến nghị để tránh bóng và màu sắc sai lệch.

Kết nối bộ điều khiển và phần mềm

Camera SV-700S kết nối vào bộ điều khiển Spectroscopic Vision (CV2-SV) do Epson cung cấp. CV2-SV có thể điều khiển 1 camera SV-700S (đồng thời có thể hỗ trợ thêm 4 camera GigE khi dùng chung với Epson RC+7.0). Epson cung cấp phần mềm chuyên dụng gồm Spectroscopic Vision Tools (chạy offline) và bộ công cụ Vision Guide 7.0 tích hợp trong Epson RC+7.0 (chạy inline).

Phần mềm cho phép lấy ảnh quang phổ của khu vực chọn trước dễ dàng bằng thao tác chuột, đăng ký mẫu màu chuẩn và thiết lập ngưỡng kiểm tra màu. Việc cài đặt chỉ cần cắm CV2-SV vào máy tính công nghiệp và cài driver/ phần mềm Epson tương ứng.

Lập trình kiểm tra màu và tích hợp điều khiển

Sau khi cài đặt, kỹ sư thiết lập quy trình kiểm tra màu trên phần mềm. Ví dụ, ta sẽ đo phổ màu của mẫu chuẩn (master) và định ngưỡng độ lệch màu (ΔE). Vision Guide 7.0 cho phép nhập dữ liệu mẫu màu và so sánh màu cho kết quả phân loại một cách trực quan. Kết quả kiểm tra (OK/NG) được truyền tín hiệu ra robot Epson hoặc PLC trên dây chuyền.

Ví dụ, Epson đã trình diễn giải pháp tích hợp với robot SCARA RS6-B (mẫu LS6-B602S) và camera SV-700S để tự động hóa việc loại sản phẩm sai màu. CV2-SV xuất ra tín hiệu số hoặc qua giao thức truyền thông để PLC/quay servo robot dừng chu trình hoặc loại bỏ sản phẩm NG, hoàn thiện khép kín vòng kiểm tra màu tự động.

Temas là nhà phân phối chính hãng các sản phẩm Epson tại Việt Nam, không chỉ cung cấp thiết bị mà còn tư vấn các bài toán phù hợp, hỗ trợ đánh giá mẫu thực tế, cũng như đồng hành kỹ thuật trong suốt quá trình vận hành. Quý khách vui lòng liên hệ Temas để nhận được tư vấn chi tiết về giải pháp camera quang phổ Epson.