Machine Vision and Quality Control Simulation for 3D Industrial Digital Twin in Design Stage

Abstract

This study investigates the integration of machine vision and quality control simulations into the design stage of 3D industrial digital twin systems. In the Siemens Tecnomatix Process Simulate Environment, a highly accurate digital twin is constructed. Within the simulation Environment, a conveyor, camera, and photoelectric sensor are constructed. After a successful Trigger by the sensor, the camera captures an image of the part, and this is done by employing two methods, Tecnomatix API and Custom SCL Function. Then, edge detection and contour analysis are performed on the captured image. To enable quality control over the part, two image similarity comparison methods are employed, namely SSIM and histogram comparison methods. They are realized using the C# programming language in Visual Studio IDE to compare the captured image against a golden sample. This approach using Siemens Tecnomatix API and Custom SCL acts as a valuable method for simulating and optimizing manufacturing processes virtually, ultimately enhancing quality control and production efficiency as this is done in the design stage, prior to physical production.

Tato studie zkoumá integraci strojového vidění a simulace kontroly kvality do fáze návrhu 3D průmyslových digitálních dvojčat. Vysoce přesné digitální dvojče je konstruováno v prostředí Tecnomatix Process Simulate Environment společnosti Siemens. V simulačním prostředí je navržen dopravník, kamera a fotoelektrický senzor. Po úspěšném spuštění senzorem kamera pořídí obraz dílu pomocí dvou metod, rozhraní API Tecnomatix a vlastní funkce SCL. Poté se na zachyceném snímku provede detekce hran a obrysová analýza. Pro kontrolu kvality dílu se použijí dvě metody porovnávání podobnosti obrazu, a to metoda SSIM a metoda porovnávání histogramů. Jsou implementovány pomocí programovacího jazyka C# v prostředí Visual Studio IDE a slouží k porovnání zachyceného obrazu se zlatým vzorkem. Tento přístup, využívající rozhraní API Siemens Tecnomatix a Custom SCL, funguje jako cenná metoda pro virtuální simulaci a optimalizaci výrobních procesů, což v konečném důsledku zvyšuje kontrolu kvality a efektivitu výroby, protože se provádí ve fázi návrhu, před fyzickou výrobou.