Färginspektion med hjälp av visionsystem

Örebro universitet Örebro University

Institutionen för naturvetenskap och teknik School of Science and Technology

701 82 Örebro SE-701 82 Örebro, Sweden

Färginspektion med hjälp av visionsystem

Högskoleingenjör, Industriell ekonomi Örebro vårterminen 2021

Examinator: Nader Asnafi

Sammanfattning

Nobel Biocare är en tillverkare av tandimplantat vars produkter fungerar som en konstgjord tandrot vid odontologiska ingrepp. Företaget och diverse lagstiftning ställer höga krav på produkterna vilket lett till att flertalet kvalitetskontroller äger rum inom tillverkningen. En av dessa kvalitetskontroller syftar till att inspektera produkternas färg för att avgöra huruvida färgen är inom godkänt intervall. Denna kontroll är idag en process där en operatör manuellt för in produkterna styckvis i ett ljusskåp för att undersöka färgen.

Att utföra färginspektionen manuellt bidrar till en inkonsekvent bedömning då operatörerna har svårt att skilja på nyansskillnader i färgen, vilket i sin tur leder till att godkända produkter kasseras i onödan. Utöver detta är den manuella hanteringen tidskrävande och påfrestande för operatören som utför arbetet. Som följd av detta ser Nobel Biocare ett behov av att automatisera denna process, vilket man vill göra med hjälp av ett visionsystem.

Detta examensarbete syftar således till att undersöka marknaden för visionsystem i hopp om att kunna rekommendera en lösning på hur färginspektionen kan komma att automatiseras. Utöver att presentera ett lösningsförslag var målet även att generera underlag som Nobel Biocare kan använda vid en framtida implementering av tekniken.

Från undersökningen av marknaden framkom det att endast ett företag kunde erbjuda ett visionsystem med förmågan att avläsa färg. Detta företag hade flertalet kameror som teoretiskt sett kan lösa problemet, inga praktiska tester kunde utföras inom ramen för examensarbetet vilket lett till att resultatet inte kan verifieras. Således resulterade detta arbete i en bakgrund för fortsatt arbete snarare än ett konkret lösningsförslag.

Abstract

Nobel Biocare is a manufacturer within the dental implant industry whose products acts as an artificial coralroot in dental procedures. The company has high demands on their products which has led to a number of quality controls within the manufacturing process. One of these quality controls aims to inspect the colour of the product to establish whether the colour is within an acceptable range. This inspection is called colour inspection and is a manual process where the operator, piece by piece, controls the product in a light cabinet to examine the colour. To perform this process manually contributes to an inconsistent judgment because operators struggle to detect differences in nuance. This procedure entails perfectly good products to be thrown away because of the misjudgement of the colour. Not only is this process undesired when considering throwing away functional products, but it is also very time-consuming and demanding for the operator who performs the work. With this being said, Nobel Biocare sees a need to automate this process by investing in a vision system.

The purpose of this thesis is to examine the market of vision systems to find Nobel Biocare a proposal for how this process can be automated. Beyond presenting a recommended solution for the colour inspection process, the aim is to generate a foundation that Nobel can use for future implementation of vision systems.

The market research concluded that there was only one company that was able to offer a camera that can detect colour differences. This company called Cognex had multiple cameras that theoretically could solve the problem. Lack of time and the current situation with Covid-19 made it impossible to perform practical tests to validate the solution. This project should therefore be seen as a background for continuous work.

Förord

Detta examensarbete har skrivits under vårterminen år 2021 tillsammans med Nobel Biocare i Karlskoga. Examensarbetet är 15 högskolepoäng och är den avslutande kursen inom programmet högskoleingenjör, Industriell Ekonomi. Dessa veckor på Nobel Biocare har varit väldigt lärorika i form av hur noggrant allting behöver vara vid tillverkningen av medicintekniska produkter samt hur komplext det kan vara vid införandet av nya maskiner. Vi skulle vilja tacka Babak Hosseini Vafa, som varit vår handledare på Nobel Biocare. Babak har under hela projektets gång varit tillgänglig för kontakt då vi stött på problem samt stöttat oss genom hela processen. Även Tobias Arvidsson vill vi tacka då han hjälpte oss på traven att få kontakt med Cognex.

Slutligen vill vi tack Kerstin Winge som varit vår handledare från Örebro Universitet. Framförallt vill vi tacka henne för den kontinuerliga återkopplingen och feedbacken vi fått vilket varit till stor hjälp vid framtagandet av denna rapport.

Innehållsförteckning

2.1 Problemet med manuell färginspektion ... 4

2.1.1 Syfte ... 6

2.1.2 Frågeställning ... 6

2.1.3 Avgränsningar ... 6

2.2 Företagskontext ... 6

2.3 Generell industriell kontext ... 6

3 VETENSKAPLIGT RAMVERK ... 8 3.1 Datainsamling ... 8 3.1.1 Intervjuer ... 8 3.1.2 Litteratursökning ... 8 3.1.3 Observation ... 9 3.2 RGB färgmodell ... 9 3.3 Visionsystem ... 10 3.4 Utvärderingsprocess ... 11

3.4.1 Eliminering av dåliga lösningar ... 11

3.4.2 Kriterieviktsmetoden ... 12

4 METOD ... 14

4.1 Metoder för genomförande ... 14

4.1.1 Beskrivning av nuläget ... 14

4.1.2 Kartläggning av problemområdet ... 14

4.1.3 Kartläggning av möjliga lösningar ... 14

4.1.4 Jämförelse av lösningar ... 15

4.2 Metodologiska överväganden ... 15

5 RESULTAT ... 16

5.1 Det kirurgiska ingreppet ... 16

5.2 Good Manufacturing Practice ... 17

5.3 Beskrivning av nuläget ... 17

5.3.1 Tillverkningsprocess av företagets produkter ... 17

5.4 Kartläggning av möjliga lösningar ... 20

5.5 Jämförelse av möjliga lösningar ... 21

5.5.1 Eliminering av lösningar som inte möter kraven ... 21

5.5.2 Cognex ... 22

5.5.3 Kriterieviktsmetoden ... 24

6 DISKUSSION ... 27

6.1 Värdering av resultat ... 27

7 SLUTSATSER ... 29 7.1 Tankar kring syfte och frågeställning ... 29 8 REFERENSER ... 30

SUMMERING AV VIKTIGA BEGREPP

Osseointegration – Förbindelsen mellan levande ben och titanytan på ett implantat. Peek – Står för polyetereterketon och är en termoplast.

RGB – Additiv färgmodell som används för att digitalisera färger.

Batch – Vanligt förekommande ord inom tillverkningsindustrin, står för parti eller omgång.

BILAGOR

A: Produktspecifikation för In-Sight 2000 serien B: Produktspecifikation för In-Sight 7000 serien

1 Introduktion

I detta kapitel ges en kort beskrivning av företaget och deras produkter. Därefter introduceras läsaren till problemet som detta examensarbete syftar till att behandla.

För att ge läsaren en uppfattning om företaget Nobel Biocare ges en allmän introduktion till uppkomsten av företaget och var man befinner sig i dagsläget.

1.1 Företaget

Nobel Biocare har idag omkring 330 anställda och hade år 2019 en omsättning på cirka 430 000 (tkr) och ett resultat efter finansnetto på -758 (tkr). Vid en jämförelse med 2018 hade företaget en omsättning på cirka 370 000 (tkr) och ett resultat efter finansnetto på omkring 280 000 (tkr). Under 2018 expanderade företaget sin produktion i Karlskoga genom investeringar av nya produktionslinor. Företaget sålde även sina dotterbolag i Kanada och Hongkong. Under 2019 fortsatte företaget att investera i nya produktionslinor i Karlskoga och produktion i de nya produktionslinorna där har startat. Huvudkontoret är lokaliserat i Zürich, Schweiz. Produktionen sker på fyra anläggningar fördelat i tre olika länder. Dessa länder är USA, Sverige, och Japan. Via dotterbolag och distributörer är Nobels produkter och tjänster tillgängliga i över 80 länder.

Nobel Biocare har sitt ursprung i Per-Ingvar Brånemarks upptäckt år 1952, då han bevisade att benvävnad och grundämnet titan kan förenas. Denna process kallas för osseointegration och vilar som grund för den rekonstruktiva tandvården. År 1965 tog Brånemark sin forskning kring osseointegration till verklighet då han utförde det första tandimplantatet av titan.

Företagets produktkatalog består av skruvar, distanser och implantat som alla är tillverkade i titan för att möjliggöra osseointegration. Processen fungerar på så vis att produkterna beställs av en klinik där behovet finns. En läkare genomför ett kirurgiskt ingrepp där implantatet opereras in i käkbenet. Därefter väntar en läkningsprocess för patienten då titanet växer samman med benmärgen. När läkningstiden är färdig monteras distansen på implantatet och en tandkrona kan placeras därpå. Nobels tjänster erbjuds enbart till certifierade kliniker och alltså inte till privatpersoner. Utöver skruvar, distanser och implantat erbjuder företaget utbildning till sina kunder för att kunna ge bästa möjliga förutsättningar för ett lyckat ingrepp.

1.2 Problemställning

Inom läkemedelsindustrin finns olika krav från t.ex. läkemedelsverket, varav ett är att samtliga medicintekniska produkter ska vara fullständigt deklarerade [1]. Då Nobel Biocare har hundratals produkter används en produktkatalog som innehåller all information kring varje enskild produkt. För att underlätta kirurgens arbete att hitta rätt produkt delas produkterna in i fyra separata familjegrupper, detta görs genom en färgkodning där varje färg representerar en familjegrupp vilket illustreras i figur 1.

Figur 1. Implantat färgkodade till färgerna magenta, gul, blå och grön

Produkter som färgkodats genomgår därefter en färginspektion där syftet är att jämföra färgen mot ett givet intervall samt att undersöka om färgen är jämnt fördelad över det färgade området. Nobel Biocare strävar efter att upprätthålla en hög status där deras produkter kan ses som marknadsledande gällande kvalitet. Nyansskillnader och defekter hos färgen bidrar till en sämre upplevd kvalitet och av den anledningen utförs en färginspektion vars syfte är att garantera att produkterna ser enhetliga ut.

Färginspektionen är en manuell process vilket bidrar till en inkonsekvent bedömning. Vad som bedöms vara godkänt varierar beroende på operatörens individuella uppfattning och inte enbart utifrån den faktiska kvaliteten hos färgen.Att bedömningen är inkonsekvent är ett problem eftersom det leder till att godkända produkter kasseras på grund av operatörens felbedömning. Utöver detta ses den manuella hanteringen som en risk i den mening att operatören kan komma åt produkterna med färgkartan, om detta sker måste produkterna kasseras då de kommit i kontakt med annat material än titan eller peek.

Nobel Biocare eftersträvar att minimera antalet godkända produkter som slängs och vill därför undersöka marknaden för visionsystem som kan ersätta den nuvarande metoden för färginspektion. Utöver att den manuella inspektionen bidrar till att godkända produkter kasseras är den manuella processen tidskrävande och av den anledningen vill företaget införa ett visionsystem i hopp om att effektivisera produktionstiden. Dessa kameror ska då kunna läsa av ett RGB värde och avgöra huruvida färgen är inom godkänt intervall. RGB står för röd, grön, blå och dess värde representerar andelen rött, grönt och blått i en bildpunkt [2].

1.3 Disposition

Syftet med denna disposition är att ge läsaren en överblick av rapportens uppbyggnad. Rapporten är bestående av sju delar, vilka presenteras nedan.

Inledningsvis, i kapitel ett, ges en introduktion till examensarbetet. I denna del presenteras problemet som rapporten syftar till att behandla, samt att läsaren ges kännedom om Nobel Biocare som företag.

I kapitel två behandlas projektets bakgrund och inom detta kapitel ges en djupare förklaring till problemets kärna där delar såsom syfte, problemställning samt avgränsningar tas upp.

Vidare i kapitel tre diskuteras vetenskapligt ramverk, där de teorier som är nödvändiga för att förstå tekniken som problemet kräver presenteras.

Under kapitel fyra formuleras metoder som används inom projektet samt att tillvägagångssättet beskrivs i kronologisk ordning. Här bedöms även de valda metodernas för- och nackdelar. I kapitel fem presenteras de resultat som framkommit under projektet.

Vidare i kapitel sex värderas resultatet. Inom denna del diskuteras huruvida lösningen tillgodoser problemet, om alla projektmål är uppnådda, eventuella felkällor etc.

Avslutningsvis, i kapitel sju, ges de slutsatser som detta examensarbete lett fram till och inom detta kapitel konstateras huruvida frågeställningen har blivit besvarad.

2 Bakgrund

Inom detta kapitel diskuteras bakgrunden till varför det finns ett intresse av att ersätta den manuella färginspektionen.

Att utföra färginspektionen manuellt bidrar till en inkonsekvent bedömning, ökad produktionstid samt till en påfrestande arbetsprocess för operatören som utför arbetet. Kapitel två utvecklar resonemangen som presenterades under problemställningen och förklarar mer i detalj de ingående processerna som leder fram till färginspektionen. Vidare formuleras syftet med projektet, frågeställning och avgränsningar.

2.1 Problemet med manuell färginspektion

Som nämnts i avsnitt 1.2 är alla Nobel Biocares produkter tillverkade i titan. Anledningen till detta beror på osseointegration vilket är definierat som en direkt strukturell och funktionell koppling mellan levande käkben och titanytan på ett tandimplantat. Detta är strikt avgörande för implantatets stabilitet och anses vara en förutsättning för ett långvarigt bra resultat [3]. Titanet får inte under några omständigheter komma i kontakt med annat material än titan och peek, där det sistnämnda står för polyetereterketon och är en termoplast som är biokompatibel tillsammans med titan. Detta betyder att all utrustning som vidrör produkten måste vara tillverkade i titan alternativt peek. Vid minsta kontakt med något annat material måste produkten kasseras och en felrapportering utfärdas. Under färginspektionen jämför operatören manuellt färgen på produkten mot en typ av färgkarta i ett ljusskåp. Dagens tillvägagångssätt för färginspektion utgör en risk i den mening att operatören kan komma åt produkten med färgkartan när avsyningen sker inuti ljusskåpet och skulle detta ske måste produkten kasseras. Nobels produkter, d.v.s. implantat, skruv och distans ingår inte i kategorin läkemedel men är däremot inkluderade inom onkologiska ingrepp och behöver därför förhålla sig till vissa lagar som gäller inom läkemedelsindustrin. Läkemedelslagen kapitel 4 §1 ser ut enligt följande:

”Ett läkemedel ska vara fullständigt deklarerat, ha godtagbar och särskiljande benämning samt vara försett med tydlig märkning. Lag (2019:322).” [1]

Om produkterna ett företag tillverkar till storleken är väldigt små kan det vara svårt om inte omöjligt att gravera in obligatorisk information gällande produkten på grund av brist på utrymme. Denna problematik är något som påverkar Nobel Biocares produkter, vilket lett till att produkterna deklareras i form av ett produktregister där fullständig information gällande produkten finns att hämta. Produktkatalogen är bestående av tusentals olika produkter och för att underlätta kirurgens arbete att hitta en sökt produkt så har katalogen delats upp i olika familjegrupper. För att förse sina produkter med information gällande familjegrupp används en metod, som i denna rapport kommer kallas för färgkodning. Nobel Biocare färgkodar sina produkter genom en elektrokemisk process till en av följande färger; blå, gul, grön eller magenta. Dessa färger ska då syfta till att åskådliggöra produktens familjegrupp så att kirurgen snabbt och effektivt kan hämta information gällande produkten. Efter att produkterna genomgått färgkodningen sker en färginspektion.

Syftet med färginspektionen är att kontrollera att produkterna har rätt färg, att färgen befinner sig inom godkänt färgintervall samt att färgen är jämnt fördelad över hela produkten. Som nämnts i avsnitt 1.2 eftersträvar företaget att upprätthålla hög status där varje enskild produkt ska erhålla samma goda kvalitet. Kliniker beställer ett stort antal produkter åt gången, och det

är av största intresse för Nobel att dessa produkter är enhetliga när de anländer till kliniken. Tänk ett scenario där en klinik mottager ett parti bestående av 100 stycken produkter som färgkodats gul. För att inbringa en känsla av hög kvalitet är det oacceptabelt om produkterna har olika färgnyanser samt om det återfinns defekter i färgen.

Färginspektionen är som nämnts tidigare en manuell process i dagsläget, där operatören tar en produkt från en palett, hållare eller korg och för in produkterna styckvis i ett ljusskåp. Problematiken med att genomföra processen för färginspektion manuellt är att det bidrar till en inkonsekvent bedömning. Att jämföra färger med det mänskliga ögat har sina brister i den mening att synen är väldig begränsad. Skillnaden mellan olika nyanser av en färg kan vara så liten att det är omöjligt att detektera genom en manuell kontroll. Detta fenomen illustreras i figur 2 där fyra olika nyanser av färgen röd framstår som en och samma färg för ögat.

Figur 2. Fyra olika nyanser som ögat uppfattar som en och samma färg (kan bli missvisande beroende på skärm)

Denna bristfällighet hos det mänskliga sinnet bidrar till att godkända produkter kasseras på grund av att operatören inte kan särskilja på om produktens färg ligger inom det godkända intervallet eller ej. Operatörerna byter dessutom av varandra emellanåt, det är alltså inte en och samma operatör som utför samtliga färginspektioner, vilket bidrar till ytterligare inkonsekvens inom bedömningen då vad som anses vara godkänt kan skilja sig från en person till en annan. Att produkter som felaktigt bedömts som ej godkända kasseras är icke önskvärt med avseende ur många aspekter. Ur ett ekonomiskt perspektiv är varje godkänd produkt som kasseras en direkt förlust för företaget. Innan färginspektionen har produkterna genomgått diverse värdeskapande processer som samtliga är kostnadskrävande. På så vis är kostnaden av att kassera godkända produkter högre än enbart materialvärdet. Genom att kassera en godkänd produkt förlorar företaget inte enbart kostnaden för inköp av material utan även arbetstid, maskintid och personaltid. Företaget går dessutom miste om en inkomst då de inte ges möjligheten att sälja produkten trots att den är godkänd.

Som samtiden ser ut idag är diskussionen kring miljön högaktuell och företag som kan visa på hållbar tillverkning vinner en konkurrensfördel. Hållbar tillverkning handlar om att utnyttja tillgängliga resurser maximalt för att minimera mängden svinn. Att kassera godkända produkter är ett problem sett ur en miljömässig synvinkel – då det leder till att naturresurser, i synnerhet titan, förbrukas i onödan.

Att utföra färginspektionen med visionkameror syftar inte enbart till att bli mer ekonomiskt- och miljömässigt hållbar utan även till att förbättra arbetsmiljön som ingår i social hållbarhet. Utförandet av färginspektion innebär att operatören spenderar längre perioder framför ett ljusskåp vilket enligt anställdapå Nobel Biocare är påfrestande då det lett till att personer i

särskilda fall fått huvudvärk och tvingats ta pauser från arbetet. Operatörer upplever även att den manuella färginspektionen inte är optimalt utvecklad ur ett ergonomiskt perspektiv då fall av kroppsliga smärtor upplevts. Med detta sagt tjänar införandet av visionsystem även ett syfte till att öka personalhälsan samt att reducera mängden icke utnyttjad arbetstid i form av pauser från arbetet.

2.1.1 Syfte

Syftet med examensarbetet är att identifiera vilka visionkameror som kan bidra till att förbättra processen för färginspektion genom att minimera inkonsekvensen av vad som bedömds vara godkänt. Detta ska göras genom att undersöka marknaden för visionsystem som kan ersätta den manuella processen och garantera en konsekvent bedömning vid varje färginspektion.

2.1.2 Frågeställning

- Vilka visionsystem kan garantera en konsekvent bedömning av färgen på produkterna vid färginspektionen samtidigt som processen effektiviseras?

2.1.3 Avgränsningar

Examensarbetet ägnar sig inte åt att förbättra processen för färgkodning, det vill säga den process som äger rum innan färginspektionen. Projektet ägnar sig inte heller åt att lösa logistiska problem som medföljer om processen ska automatiseras. Metoder för hur produkterna kan lyftas in i ljusskåpet samt roteras ligger av den anledningen utanför det här arbetets avgränsningar. Det här examensarbetet går ut på att presentera en teoretisk lösning på problemet och av den anledningen kommer inte resultatet att testas i praktiken.

2.2 Företagskontext

Nobel Biocare har tidigare undersökt möjligheten att utföra färginspektionen med hjälp av visionsystem, denna undersökning utfördes av en person med en ledande roll i företaget. Under projektet kontaktades ett externt bolag som var verksamma inom visionsystem och tillsammans med det externa bolaget lades ett lösningsförslag till problemet fram. Detta lösningsförslag handlade kort sagt om att färginspektionen kunde genomföras med hjälp av att en robotarm roterar en produkt medan en visionkamera skannar dess yta. Lösningsförslaget som presenterades inom detta projekt hade flertalet brister vilket gjorde att lösningen inte kunde anses vara fullständig. En bidragande faktor till att denna lösning inte sattes i bruk var att kostnaden för implementering inte var försvarbar. Utan att nämna några exakta siffor så skulle den presenterade lösningen komma med en kostnad på över en miljon kronor – något som Nobel Biocare valde att inte godkänna eftersom priset inte speglade det faktiska värdet av investeringen. Utöver ekonomiska brister saknade förslaget som presenterades belägg för att lösningen ska kunna garantera ett säkert resultat. Lösningen kunde inte bevisa att RGB-värdet stämde överens med det faktiska värdet på färgen, vilket ansågs vara en fundamental del inom det bedrivna projektet.

2.3 Generell industriell kontext

Visionsystem används inom ett brett spektrum av industrier världen över. Tekniken kan tillämpas inom åtskilliga områden men används i synnerhet till att inspektera ytan hos en produkt för att kontrollera dess kvalitet.

I en studie genomförd av Siswantoro undersöks hur kvalitetsinspektion med hjälp av visionsystem fungerar. Siswantoro menar att en manuell inspektion är tidskrävande samt att det bidrar till en inkonsekvent bedömning – vilket lett till att tekniken med visionsystem applicerats inom matindustrier världen över. Vidare förklarar författaren att det huvudsakliga syftet med dessa system är att automatisera manuella inspektioner men att processen kan se väldigt olika ut beroende på ändamålet.

Alla visionsystem består av en ljuskälla, en dator, en eller flera kameror samt mjuk- och hårdvara för att kunna behandla bilderna som systemet samlar in. Därefter byggs strukturen utifrån de krav och önskemål som företaget själva har på sin inspektionsprocess. Studien åskådliggör ett exempel på hur strukturen för ett visionsystem som ska inspektera äpplen kan komma att se ut. Se figur 3.

Figur 3. Exempel på hur strukturen för ett visionsystem kan se ut

Studien tar vid flertalet tillfällen upp exempel på när visionsystem används inom matindustrin för att kontrollera kvaliteten hos särskilt utvalda varor. Det kan exempelvis vara att färgen hos en avokado undersöks för att säkerställa att frukten är mogen, eller att dimensionerna hos ett äpple kontrolleras för att avgöra om det ligger inom godkänt intervall.

Industrin för medicintekniska produkter, där Nobel Biocare är verksamma inom, skiljer sig mycket från matindustrin men som förklarats inom detta kapitel kan mer eller mindre samma teknik appliceras för lösa vitt skilda typer av inspektionsprocesser. I nästkommande kapitel förklaras tekniken kring visionsystem på en djupare nivå för att skapa förutsättningar till att lösa problemet. [4]

3 Vetenskapligt ramverk

Kapitlet innefattar; Teorier för datainsamling, RGB-färgmodell, visionsystem samt utvärderingsprocess.

Inom det vetenskapliga ramverket kommer relevanta tekniker och teorier att omnämnas för att ge läsaren förutsättningar till att skapa förståelse kring ämnet.

3.1 Datainsamling

För att samla information till vetenskapliga undersökningar finns diverse metoder att dra nytta av. Det kan t.ex. vara intervjuer, litteratursökning eller observationer vilka förklaras nedan. 3.1.1 Intervjuer

Utfrågningar i form av e-post, telefon eller direktkontakt kan alla kategoriseras som intervjuer. Data som samlas in genom intervjuer är primärdata, vilket betyder att informationen är hämtad i direkt syfte till att användas i den aktuella studien. Genomförandet av intervjuer kan ske tillsammans med en eller flera personer, då det sistnämna vanligtvis benämns som gruppintervjuer. Vid genomförandet av intervjuer finns olika upplägg som kan utnyttjas, dessa upplägg kan kategoriseras som; Strukturerade-, semistrukturerade-, och ostrukturerade intervjuer. [5]

Strukturerade

Med strukturerade intervjuer menas att frågor som ställs är bestämda på förhand. Även ordningsföljden som frågorna ska ske enligt är planerade innan själva intervjun äger rum. Genom detta upplägg kan författarna säkerställa att nödvändiga frågor tas upp under intervjun men det tenderar till att göra samtalet mindre öppet och ledigt. [6].

Semi-strukturerade

Då ämnesområdena bestämts på förhand men att frågorna samt ordningsföljden lämnats öppna till själva samtalet så rör det sig om semi-strukturerade intervjuer. Denna metod syftar till att ge undersökarna en chans att ställa frågor som tycks vara relevanta med avseende på respondentens svar eller reaktion [5].

Ostrukturerade

Enligt Bryman, A tenderar kvalitativa intervjuer till att bli mindre strukturerade än de intervjuer som utförs i kvantitativt syfte. En ostrukturerad intervju kan framstå som ett helt vanligt samtal där frågorna uppkommer efter hand och används vanligtvis då undersökaren har ett bredare intresse av respondentens synvinkel. [6]

3.1.2 Litteratursökning

Inom vetenskapliga sammanhang kan begreppet litteratur associeras med all form av skrivet material såsom t.ex. böcker, tidskrifter eller artiklar. Att använda lämplig litteratur vid vetenskapliga rapporter är viktigt i den mening att det ger arbetet trovärdighet och av den anledningen spelar valet av litteratur en central roll. Vid sökande av litteratur är det fördelaktigt att använda databaser som finns att hitta hos bibliotek, där författaren kan söka inom specifika områden genom att använda nyckelord.

Nyckelord

I samband med att allt fler skrifter publiceras i databaser spelar nyckelorden en viktig roll eftersom det kategoriserar databasens innehåll och underlättar sökande. Valet av nyckelord bör baseras på termer som författaren anser vara mest karaktäristiska för arbetet, och vad gäller antalet nyckelord som kan skrivas in i databasen så menar Ejvegård att siffran inte bör överstiga åtta [7]. Utöver detta så tjänar det ett syfte att vikta sina sökord enligt en prioriteringsordning från det mest karaktäristiska till det minst karaktäristiska för att säkerställa att de mest relevanta nyckelorden kommer med i sökningen. Om bibliotekarien angivit fem nyckelord för en skrift och en sökning av, låt säga, sju nyckelord sker så kommer systemet enbart ta med de fem första nyckelorden och det är av den anledningen som prioritetsordningen spelar en roll. [7]

3.1.3 Observation

Beskrivs som planmässig iakttagelse enligt svenska akademins ordlista, och är ett begrepp som används inom forskning för att beskriva en vetenskaplig metod vars syfte är att samla in data genom att observera ett händelseförlopp.

Deltagande observation

Denna metod för datainsamling sker genom att studera ett tillvägagångssätt, beteende, hantering etc. Deltagande observation är likt semi-strukturerade intervjuer en metod där observatören tillåts ha ett öppet sinne gällande vad som observeras vilket betyder att körschemat för observationen inte har fastslagits i förhand [6].

Strukturerad observation

Metoden syftar till att systematiskt iaktta ett händelseförlopp genom att utgå från förbestämda ramar. Observatören dokumenterar vad som ska undersökas i förväg och använder sedan observationstillfället till att studera just detta [6]. Tillskillnad från deltagande observationer följer observatören körschemat fullt ut och låter sig inte påverkas av intryck som uppstår under själva observationen.

3.2 RGB färgmodell

RBG är en additiv färgprocess, färgmodellen utgår från färgen svart och adderar därefter färgerna röd, grön och blå för att producera den synliga färgen. Beskrivning av färger med hjälp av numeriska kombinationer av färgerna rött, grönt och blått är den fundamentala grunden vid digitalisering av färg, dessa tre färger har inom RGB-modellen definierats i en numerisk skala från 0–255. För att kunna skapa en begärd färg krävs att dessa tre färger kombineras. En kombination bestående av (0,0,0) motsvarar färgen svart då varken röd, grön eller blå existerar i denna färg och på samma vis bildar kombinationen (255,255,255) den raka motsatsen, dvs färgen vit [8]. I figur 4 illustreras exempel på fem stycken färger med deras tillhörande RGB värden.

Figur 4. Olika RGB värden och dess motsvarande färg (kan upplevas i olika nyanser beroende på skärm). När en av dessa tre primära färger har ett markant högre värde än de andra två kommer kombinationen av dessa värden att skapa en färg som ligger nära just den primärfärgen, detta illustreras i figur 5. [8]

Figur 5. RGB värden där primärfärgen visualiseras.

På grund av att dessa tre färger har definierats i en 255 numerisk skala, betyder det att det finns över 16,5 miljoner olika färgkombinationer (2553_{) vilket på grund av det stora antalet}

kombinationer bidrar till att skillnaden i nyanser kan bli svåra att detektera. 3.3 Visionsystem

Människor är i regel bra på att notera skillnader och lokalisera fel hos tillverkade produkter men är däremot begränsade när rör sig om att utföra monotona arbetssysslor eftersom det ofta är krävande för psyket. Dagens tillverkningsindustri består av högt tempo i kombination med höga krav från kunden. Syftet med en automatiserad inspektion är således att kunna garantera en 100 procent korrekt inspektion för att kontrollera kvaliteten i samband med att processen sker effektivt utan avbrott. Visionsystem med dess teknologi inom spårbarhet, kvalitetskontroll samt visuella inspektioner bidrar i allra högsta grad till att kvalitetskraven på produkterna kan garanteras. [9][10]

Kraften hos visionsystem ligger i dess förmåga att kunna kombinera en mängd olika funktioner, t.ex. lokalisera objekt, inspektera produkter eller läsa av streckkoder vilket gör tekniken attraktiv inom många olika branscher. Inom komplexa kvalitetskontroller anses ofta visionsystem som strikt nödvändiga för många tillverkare då det är tidseffektiva, konsekventa och korrekta. I takt med detta så utvecklas tekniken kontinuerligt vilket genererar bättre och bättre kameror.

Det finns tre primära processer som generellt kan automatiseras med hjälp av visionsystem: 1. Att kontrollera komponenter och produkters kvalitet genom att detektera eventuella skador

eller dimensionsfel för att undvika att defekta produkter når kund.

2. Att undersöka den generella kvaliteten av en produktion för att bidra med feedback till de tidigare processerna i ett flöde.

3. Att samla information om anläggningens drift, genom att mäta parametrar såsom temperatur, dimensionsvariation, antal kasserade produkter etc. för att kunna optimera

processer inom tillverkning. [10]

Utöver dessa tre primära processer finns det en uppsjö av mindre vanliga uppgifter som kan utföras med visionsystem, däribland färginspektioner. Detta blir dock mer invecklat än att t.ex. kontrollera ytan och dimensioner då de flesta använder sig av en svartvit kamera vilket betyder att produktens färg inte analyseras. Vid kontroll av färg måste en annan typ av kamera användas som har förmågan att läsa av RGB värden från den skannade ytan. För att detta ska fungera i praktiken krävs mer än enbart kameran. Systemet måste även bestå av en tillhörande dator med en mjukvara som får kameran att utföra det som efterfrågas, vilken exempelvis kan vara att jämföra färgen mot ett intervall, ange färgens RGB värde, etc.

3.4 Utvärderingsprocess

Inom projekt som lämpar sig åt att lösa ett visst problem så är det vanligt att hamna i ett läge där flera tillvägagångssätt teoretiskt sett tycks klara av att lösa uppgiften. I dessa fall kan det vara fördelaktigt att jämföra och utvärdera olika lösningar på ett systematiskt vis. En metod för att möjliggöra detta är att genomföra en utvärderingsprocess som använder sig av diverse verktyg för att sålla bland lösningsalternativen.

Utvärderingsprocessen genomförs enligt Johannesson, H. et al. [11, s.181–182] i följande steg: 1. Välj bort lösningar som inte uppfyller kraven.

2. Genomför en så kallad Concept Screening, vilket syftar till att ytterligare sålla bort lösningsalternativ.

3. Slutligen genomförs en så kallad Concept Scoring, vars syfte är att poängsätta lösningarnas förmåga att tillgodose diverse kriterium för att således kunna avgöra vilken/vilka lösningar som löser problemet bäst.

När dessa tre steg genomförts är nästa del inom utvärderingsprocessen att eliminera dåliga lösningar, vilket görs genom en elimineringsmatris.

3.4.1 Eliminering av dåliga lösningar

Det första steget i utvärderingsprocessen är att eliminera lösningar som inte bemöter det avsedda problemet. För att genomföra detta undersöks huruvida olika lösningsalternativ hanterar faktorer som är direkt avgörande inom den process som lösningen syftar till att behandla. Punkter som undersöks inom detta steg är exempelvis: [11, s.182]

- Löser det huvudproblemet? - Är lösningen realiserbar?

- Är lösningen hållbar sett ur ett miljömässigt-, ergonomiskt-, och ekonomiskt perspektiv? För att genomföra detta är det fördelaktigt att använda ett verktyg som heter elimineringsmatris [11, s.183]. Metoden illustreras i figur 7 och utförs genom att olika lösningsalternativ anges i en matris där de ställs mot kriterierna som benämns punktvis ovan.

Figur 6. Elimineringsmatris enligt Pahl och Beitz

Efter slutförd elimineringsmatris kan ett objektivt beslut fattas gällande vilka lösningsalternativ som ska fullföljas, elimineras, alternativt undersökas vidare. När detta beslut har fattats är nästa steg inom utvärderingsprocessen att vikta diverse kriterium mot varandra vilket görs med hjälp av kriterieviktsmetoden.

3.4.2 Kriterieviktsmetoden

För att sedan välja vilken av lösningarna som passar bäst används kriterieviktsmetoden, detta är en kvantitativ jämförelse till skillnad från den elimineringsmatrisen som är kvalitativ vilket betyder att här konstateras vilken av lösningarna som är bäst utifrån hur kriterierna värderas. För att kunna göra denna jämförelse krävs att de väsentliga kriterium viktas mot varandra. Detta görs med hjälp av en viktbestämningsmatris, se figur 8, som fungerar genom att kriterierna ställs upp mot varandra, därefter värderas det vilket av dessa kriterier som väger tyngst. Innan kriterieviktsmetoden kan användas krävs det även att dessa vikter skalas om vilket illustreras i figur 9. [11]

Figur 8. Viktbestämningsmatris

Figur 9. Skalade viktfaktorer

När väl alla skalade viktfaktorer är framtagna kan kriterieviktsmetoden genomföras med hjälp av en kriterieviktsmatris. Denna metod tydliggör hur lösningar förhåller sig mot en ideal lösning samt hur de står sig mot de kriterium som är viktigast. I figur 10 återfinns ett exempel på hur en kriterieviktsmatris kan komma att se ut, i bilden ser vi de skalade viktfaktorerna (w), lösningens betyg för kriteriet (v) samt summan av w*v (t).

Figur 10. Kriterieviktsmatris (Kesselring).

Denna metod tar hänsyn till vilket kriterium som är viktigast och betyget som ges för en lösning blir då de skalade viktfaktorerna multiplicerat med betyget varje lösning får. Med hjälp av denna metod kan lösningarna rangordnas. [11]

4 Metod

I detta kapitel presenteras de metoder som använts för att genomföra examensarbetet.

Inom tillverkningsindustrin finns en uppsjö av befintliga verktyg och teorier som kan användas för att definiera och lösa diverse problem – vilket har utnyttjats för att t.ex. specificera krav samt vikta olika lösningar mot varandra. Utöver att redovisa vilka metoder som använts inom respektive del så syftar detta kapitel till att motivera varför en viss metod valts samt vilka brister som återfinns hos den valda metoden.

4.1 Metoder för genomförande

Examensarbetets olika delar har utförts i en särskild följd. De metoder som använts till respektive del presenteras i kronologisk ordning nedan.

4.1.1 Beskrivning av nuläget

Datainsamling till nulägesbeskrivningen gjordes med hjälp av semi-strukturerade intervjuer med Babak Hosseini Vafa, senior development manager på Nobel Biocare. Anledningen till metodvalet av semi-strukturerade intervjuer grundar sig i att metoden bidrar till mer levande samtal, där respondenten inte blir alltför styrd av frågorna. Babak besitter kännedom om varje delprocess inom tillverkningen då han vid ett tidigare skede arbetat som produktionschef på företaget. Utöver intervjuer har ett företagsbesök ägt rum med en guidad rundvandring inom produktionen där samtliga processer förklarades.

4.1.2 Kartläggning av problemområdet

Då nulägesituationen och projektet hade utformats, var nästa steg att samla information gällande visionsystem och RGB-värden. För att bilda en teoretisk grund att stå på för att senare under projektets gång kunna generera ett resultat så har studier gjorts av litteratur bl.a. i form av vetenskapliga artiklar och akademiska avhandlingar. Utöver att arbeta med litteratur så har mailkontakt skett tillsammans med ett antal företag som är verksamma inom branschen för visionsystem, detta för att ytterligare undersöka marknadens utbud.

4.1.3 Kartläggning av möjliga lösningar

Metodvalet vid sökandet av möjliga lösningar såg mer eller mindre likadant ut för samtliga företag, där proceduren skedde enligt följande steg:

1. Ta kontakt med företag i form av ett mail där problemets bakgrund och syfte beskrevs kortfattat.

2. Om företaget i fråga trodde sig potentiellt kunna lösa uppgiften, bokades ett möte där en vidare förklaring av problemet samt vilka krav som ställdes på en lösning presenterades. 3. Vid de fall där ingen återkoppling gavs genomfördes en utvärdering av företagets produkter

baserat på den information som fanns att hämta från företagets hemsida. Detta för att på egen hand avgöra om produkterna kan lösa problemet.

Detta tillvägagångssätt var effektivt i den mening att företag som direkt kunde avgöra att en färginspektion inte var görbar med deras produkter kunde meddela det direkt, medan de företag som faktiskt trodde sig kunna klara av uppgiften gavs chansen att förklara sina lösningsförslag mer utförligt. Totalt kontaktades 15 stycken företag, varav 12 stycken återkopplade och 6

stycken trodde sig ha en lösning till problemet. Valet av vilka företag som skulle kontaktas baserades på information som fanns att hämta från respektive hemsida. Om produktportföljen innehöll ett visionsystem som potentiellt skulle kunna klara av uppgiften så kontaktades företaget. För att i ett senare skede samla tekniska data gällande de visionsystem som presenteras under resultatdelen användes produktbeskrivningar i form av PDF-filer som hämtats från företagshemsidor.

4.1.4 Jämförelse av lösningar

För att väga olika lösningar gentemot varandra användes de metoder som redogörs för i avsnitt

3.4 utvärderingsprocess. Metoderna syftar till att jämföra på ett systematiskt sätt – vilket bidrar

till att en rättvis bedömning av olika lösningsförslag kan genomföras. Under utvärderingsprocessen krävs det att önskemål definieras och viktas mot varandra. De önskemål som definierats inom detta projekt är: Ackvisition, upplösning, storlek och pris. Dessa faktorer har därefter viktats mot varandra för att avgöra prioritetsordningen, där viktningen gjordes tillsammans med handledaren från Nobel Biocare för att klargöra vilka egenskaper som anses vara mest önskvärda hos en framtida lösning.

4.2 Metodologiska överväganden

Det finns inga helt objektiva metoder för att bestämma de viktfaktorer som ska användas vid utvärderingen av lösningsalternativ. Detta bidrar till att de metoder som finns går att påverka subjektivt. Vad som menas med detta är att den personen som väljer hur kraven ska viktas har en direkt påverkan på vilken lösning som kommer att väljas, trots att beslutsfattaren strävar efter att vara rationell och objektiv. Det går därav inte att garantera att just den lösningen som väljs är den optimala för att lösa problemet. [11] Utöver detta finns det ytterligare en metod som kan diskuteras, vilket är kartläggning av möjliga lösningar med hjälp av företagens egna produktkataloger.

Vid kartläggning av möjliga lösningar används en metod som kan anses vara missvisande, nämligen att använda företagens egna hemsidor. Generellt är det inte rekommenderat att hämta information från interna produktkataloger då företag har en förmåga att beskriva sina produkter på ett subjektivt sätt. Värt att notera är att företagshemsidorna som tillhandahåller lösningarna är specialister inom området och därav bör dessa källor anses vara relevanta. Detta tillvägagångssätt i samband med att inga praktiska tester genomförts har lett till att resultaten inte kan garanteras, vilket förklaras vidare i kapitel 6 Diskussion.

5 Resultat

Inom detta kapitel redovisas de resultat som examensarbetet kommit fram till.

Nobel Biocare tillverkar tandimplantat, distanser och skruvar som samtliga ingår inom odontologiska ingrepp vars syfte är att öka munhälsan hos patienter med tandproblem. Tillverkningen är uppdelad i diverse delprocesser som tjänar olika syften vilka kommer att förklaras inom detta kapitel. Förmågan att kunna säkerställa högsta kvalitet hos sina produkter är något som präglar företagets verksamhet och är den drivande anledningen till att detta examensarbete utförts. Som nämnts tidigare återfinns brister vad gäller ekonomisk-, miljömässig- och social hållbarhet i den nuvarande metoden för färginspektion. Detta har skapat ett behov av att undersöka alternativa metoder som kan ersätta denna manuella process – vilket leder oss in på den senare delen inom detta kapitel då förslag på visionsystem som kan utföra färginspektionen presenteras.

5.1 Det kirurgiska ingreppet

Beroende på var i munnen implantatet ska fästas så skiljer sig produkterna med avseende på geometri och dimensioner vilket leder till att det första steget för kirurgen är att välja ut rätt produkter till ändamålet. Samtliga produkter finns angivna i ett register, detta för att kunna dokumentera all information som läkemedelsverket kräver. Registret består av tusentals olika produkter och det är på grund av detta som färgkodningen fyller en central funktion – att underlätta kirurgens arbete att hitta bland produkterna. Kliniken tager emot ett paket bestående implantat, skruv och distans som alla är av samma färgnyans eftersom de genomgått en färginspektion vid tillverkningen. Det är viktigt att produkterna har samma färgnyans för att påvisa att de hör ihop samt för att återspegla en god kvalitet. När kirurgen har vetskap om produkten och kontrollerat att allt ser rätt ut så inleds steg 1, vilket är att implantatet opereras in i käkbenet. När implantatet sitter på plats fästs en täckningsskruv och perioden för läkning kan starta, steg 2 på figuren nedan.

Figur 11. Illustrering av stegen vid det kirurgiska ingreppet.

Hämtad från: https://www.teamtandvardsgruppen.se/behandlingar/tandimplantat-goteborg/

Denna period är då osseointegration sker, vilket är helt nödvändigt för att titanet ska hinna förenas med benvävnaden. Täckningsskruven är fäst i implantatet under hela perioden för läkning (ca 3 månader) och syftar till att skydda implantatet från exempelvis matrester. När

läkningstiden är passerad slänger kirurgen täckningsskruven och genomför steg 3, vilket är att fästa en distans direkt på implantatet. När distansen sitter på plats formas en tandkrona som placeras på distansen och skruvas fast med hjälp av en skruv, steg 4. Därefter fylls hålet ut och tandimplantatet är färdigställt. Under hela ingreppet vet kirurgen med sig att produkter tillverkade av Nobel Biocare är av god kvalitet då företaget erhåller ett certifikat vid namn GMP vilket förklaras vidare i nästa avsnitt.

5.2 Good Manufacturing Practice

Vid tillverkningen av medicintekniska produkter som implantat, distans och skruv finns principer som ska följas. Good Manufacturing Practice, förkortas vanligtvis till GMP är ett certifikat som påvisar att dessa principer uppfylls och syftar till att produkten som konsumeras är säker. Detta certifikat är gemensamt för samtliga företag som är aktiva inom läkemedelstillverkning och fungerar som ett regelverk som ska följas vid tillverkning [12]. Certifikatet kan ses som ett förhållningssätt inom tillverkningen och syftar till att god tillverkningssed ska råda. Ett konkret exempel på vad det innebär att tillverkningen sker i enlighet med GMP är bland annat att varje tillverkare måste ha minst en person närvarande inom produktionen som är sakkunnig inom området för att säkerställa att tillverkningen går rätt till. [13]

Tillverkningen inom Nobel Biocare är uppdelad i ett flöde där diverse processer tjänar olika syften. För att förstå varför dagens manuella metod för färginspektion är ett problem så är det nödvändigt att i detalj förklara hur den nuvarande tillverkningsprocessen är utformad samt att gå igenom de delar inom produktionen som leder fram till färginspektionen.

5.3 Beskrivning av nuläget

Det första steget i processen var att samla nödvändig information gällande företagets produkter och tillverkningsprocesser vilket gjordes genom att ett antal frågor ställdes upp:

- Steg för steg, hur ser den kirurgiska processen ut vid ett tandimplantat? - Varför utförs färginspektionen?

- Hur ser färginspektionen ut i dagsläget?

- Varför är det viktigt att färgen är jämnt fördelad över produkten? - Vilken information gällande produkten återspeglar färgen? - Varför är den manuella processen ett problem och på vilket sätt? - Vilka kunskaper är fundamentala för att lösa problemet?

- Vilken befintlig teknik kan appliceras för att inspektera färgen hos en produkt?

Således var nästa steg att dokumentera hur tillverkningen av ett tandimplantat går till då detta ansågs vara en viktig del till att skapa en djupare förståelse för vilka delprocesser som leder fram till färginspektionen.

5.3.1 Tillverkningsprocess av företagets produkter

Tillverkningsprocessen för Nobel Biocares produkter kan grovt delas in i 5 olika steg;

CNC-bearbetning, rengöring, färgkodning, färginspektion och paketering. Alla Nobels produkter,

skruvar, distanser och implantat, genomgår samtliga processer inom tillverkningen innan de kan levereras till kund. Det första steget i tillverkningsprocessen är CNC-bearbetningen.

Figur 12. CNC-Bearbetning

CNC-bearbetning

För att ge implantat, skruvar och distanser önskad geometri genomgår produkterna bearbetning i en CNC-maskin. Inom detta processteg avlägsnas material från en titanstång genom att en datorstyrd svarv bearbetar ytan. Efter slutförd CNC-bearbetning utförs en kvalitetskontroll som syftar till att kontrollera produktens geometri. CNC-maskinen använder olja vilket medför att oönskad smuts hamnar på produkterna. Efter avslutad CNC-bearbetning måste därför operatören avfetta produkterna, vilket sker manuellt i en sil. Därefter följer en delprocess som syftar till att fullständigt avlägsna olja och smuts från produkterna.

Figur 13. Rengöring

Rengöring

Inom denna process placeras produkterna i en hållare eller i en korg beroende på vilken typ av produkter det är som ska rengöras. Därefter förs dessa korgar eller hållare in i en maskin tillverkad av företaget Hösel, där ett program startas som under några minuter rengör produkterna. Efter avslutat program kan produkterna räknas som helt fria från olja, fett och annan oönskad smuts. Därefter följer en process som kallas för färgkodning vars syfte är att förse produkterna med information gällande vilken familjegrupp de tillhör.

Figur 14. Färgkodning

Färgkodning

Detta görs genom en elektrokemisk process där produktens yta tillges en specifik färg. Denna process sker batchvis vilket betyder att samtliga produkter i ett parti tillges samma färg. Vid färgning av titan i en elektrokemisk process läggs produkterna i ett vätskebad och därefter tillsätts en elektrisk spänning som beroende av voltantalet samt tiden som produkten spenderar i vätskebadet kan uppnå olika färger. I dagsläget är detta en automatiserad process som utförs

av en robotarm. I och med att färgkodningen sker genom en elektrokemisk process finns risken att det blir nyansskillnader hos färgen. Nyansskillnader kan påträffas då produkterna inte är tillräckligt rena, produkternas yta har skadats etc. Skulle detta vara fallet kommer till exempel repor att ge en mörkare färg alternativt att färgen blir spräcklig då produkten inte är helt ren. Efter slutförd färgkodning förflyttas partiet till nästa steg i tillverkningsprocessen vilket är färginspektion.

Figur 15. Färginspektion

Färginspektion

Färginspektionen sker liksom färgkodningen batchvis, vilket betyder att partier bestående av hundratals produkter ankommer till stationen samtidigt. När partiet är på plats skannas batchnumret och operatören ser i datorn vilken färg som produkterna ska ha. Därefter är nästa steg i processen att kontrollera att färgen ligger inom godkänt intervall samt att färgen är av god kvalitet. Detta utförs genom att operatören styckvis för in produkterna med hjälp av en tång i ett ljusskåp och jämför dess färg mot tillhörande färgkarta. Färgkartorna utgörs av ett spektrum av pantonefärger, där dessa pantonefärger är olika nyanser av de fyra färgerna; blå, gul, grön eller magenta. För att produkten ska anses vara godkänd förutsätter det alltså att produktens färg återfinns i en av färgkartorna. Som nämnts tidigare sker färgkodningen via en elektrokemisk process där risk för defekter hos färgen kan förekomma om olja eller annan smuts funnits på produkten under färgkodningen. Under färginspektionen är det viktigt att operatören kontrollerar att färgen är jämnt fördelad över det avsedda området, detta sker genom att operatören roterar produkterna 360 grader för att kontrollera hela det färgade området. Det är detta steg inom tillverkningsprocessen som det här examensarbetet riktar sig mot, där målet att se över marknaden om det finns något visionsystem som kan komma att ersätta denna manuella process.

Vid misstanke om att färgen befinner sig utanför det godkända färgintervallet eller om tendenser till defekter återfinns i färgen kontrolleras detta manuellt under ett förstoringsglas. Om operatören under kontrollen konstaterar att färgen inte är inom godkänt intervall alternativt har defekter så kasseras produkten. Produkterna som är godkända läggs tillbaka i hållaren och skickas först till sluttvätten innan de är redo att paketeras. Under hela färginspektionen används verktyg tillverkade i peek så att operatören kan lyfta in produkterna styckvis i ljusskåpet. Då färgkartorna inte är tillverkade i titan eller peek får de inte under några omständigheter komma i kontakt med produkten.

Figur 16. Paketering

Paketering/Montering

Detta moment består av två steg; montering och paketering. Montering sker inom en avdelning där renrumsprinciper råder för att inga partiklar som är icke önskvärda ska återfinnas på produkterna. Väl i detta renrum monteras produkterna ihop och läggs i ett emballage vars syfte är att skydda dem från kontakt med partiklar i omgivningen. Detta emballage innehåller ett implantat med tillhörande distans och skruv. Innan detta emballage lämnar renrummet för att gå till paketeringen försluts det och märks med relevant information. Vid paketeringen placeras det förslutna emballaget i en förpackning med tillhörande bipackssedel. Därefter sker en kvalitetskontroll med hjälp av visionsystem vars syfte är att kontrollera så att förpackningen är helt försluten samt att korrekt etikett sitter på förpackningen. Det är först när alla dessa steg är slutförda som produkterna är redo att levereras till kund.

För att summera det hela så utgörs tillverkningsprocessen av ett stort antal delprocesser som tjänar olika syften. Inom detta examensarbete är färginspektionen av störst intresse då målet är att undersöka hur denna manuella delprocess kan komma att förbättras med hjälp av vision kameror. Färginspektionen syftar som nämnts tidigare till att säkerställa så färgen är inom godkänt intervall, jämnt fördelat över produkten samt att inga defekter återfinns hos färgen och det är dessa parametrar som operatören undersöker vid den nuvarande inspektionsprocessen. Vid införandet av en visionkamera som ska ersätta denna manuella delprocess kommer det krävas att kameran kan arbeta utifrån samma premisser som operatören gör i dagsläget. Således ska kameran rymmas inuti ett ljusskåp, den ska kunna utföra processen utan att komma i kontakt med produkterna, den ska klara av att läsa av färger, skilja på nyanser och detektera defekter som kan ha uppstått vid färgkodningen.

5.4 Kartläggning av möjliga lösningar

För att undersöka marknaden för visionsystem som kan användas vid färginspektion av företagets produkter, genomfördes en kartläggning av marknadens utbud av potentiella lösningar behövde genomföras. För att kunna utföra kartläggningen krävdes det att en kravspecifikation togs fram för att klargöra vad lösningarna måste klara av.

Tabell 1. Lista över krav som lösningen ska uppfylla

Nr Krav

1 Läsa av färg

2 Ersätta manuell process 3 Applicerbar inuti ett ljusskåp

4 Kan bedöma om färgen är inom godkänt intervall 5 Ej i kontakt med annat material är titan och peek 6 Upptäcka defekter

När väl kravspecifikationen var definierad kunde kartläggningen av möjliga lösningar att utföras. Kartläggningen har skett genom att undersöka olika företags webbsidor för att se över om de skulle ha någon produkt som potentiellt kan lösa problemet. Detta resulterade i att 15 stycken företag kontaktats varav 12 stycken återkopplade och 6 av dessa trodde sig ha en lösning. Vid återkoppling framkom information gällande huruvida företagen trodde sig ha en lösning till problemet och på så vis sållades några alternativ bort medan andra var av intresse att undersöka ytterligare. De företag vars produktportfölj såg ut att kunna uppfylla kraven var av intresse att gräva djupare inom, dessa företag var; Mectron Inspections, Mabema, Cognex,

Sipotek, SICK och ViSCO Technologies.

5.5 Jämförelse av möjliga lösningar

Efter att ha undersökt vilka visionsystem som uppfyller kraven enligt kravspecifikationen och därmed potentiellt skulle kunna fungera som en lösning till att ersätta den manuella färginspektionen var nästa steg att ställa lösningsförslagen mot varandra. Att jämföra diverse lösningsalternativ mot varandra tjänar ett syfte till att vidare kunna argumentera för varför Nobel Biocare bör satsa på en specifik lösning framför andra möjliga alternativ. För att genomföra detta genomfördes en utvärderingsprocess som syftar till att på ett systematiskt sätt jämföra hur väl olika lösningar tillgodoser diverse kriterier. Det första steget för att kunna använda metoden var att specificera vilka krav som lösningen måste uppfylla, vilket gjordes i tillsammans med Nobel Biocare. Därefter elimineras de lösningar som inte uppfyllde kraven med hjälp av en elimineringsmatris. Vidare formulerades kriterier som ansågs vara önskvärda, dessa kriterier benämns i denna rapport som önskemål. För att jämföra önskemålens vikt i förhållande till varandra skapades en viktbestämningsmatris vars syfte var att avgöra prioritetsordningen bland önskemålen. Slutligen kunde kriterieviktsmetoden utföras för att på ett kvantitativt sätt avgöra vilken lösning som är bäst lämpad för att lösa detta problem. 5.5.1 Eliminering av lösningar som inte möter kraven

Som nämnts ovan var det första steget att definiera krav vilket gjordes genom att dokumentera de egenskaper som lösningen måste uppfylla för att kunna genomföra färginspektionen. Kraven som togs fram var enligt följande:

- Läsa av färg

- Ersätta manuell process - Applicerbar inuti ett ljusskåp

- Bedöma huruvida färgen är inom godkänt intervall - Ej i kontakt med annat material än titan och peek - Upptäcka defekter

Därefter fördes kraven in i en elimineringsmatris enligt figur 17 och lösningsalternativen ställdes mot de olika kraven.

Figur 17. Elimineringsmatris

Ett gemensamt mönster som upptäcktes under denna delprocess var att majoriteten av företagen hade svårigheter att behandla samt läsa av färger då deras kameror vanligtvis arbetade med monokrom färgskala. I figuren används symbolerna +, -, ? och ! för att skildra huruvida företagen har en lösning som bemöter kraven. För att tydliggöra detta beskrivs innebörden av symbolerna enligt följande:

(+) Företaget har en lösning som uppfyller kravet (-) Företaget har inte en lösning som uppfyller kravet

(?) Det saknas information för att kunna svara på om lösningen uppfyller kravet

(!) Lösning kan uppfylla kravet men behöver stöd från annan utrustning, t.ex. en robotarm. Som går att tyda från figur 17 var det enbart Cognex som bemötte samtliga krav och därmed ansågs relevanta att gå vidare med. Efter en undersökning av Cognex produktkatalog framkom det att flera produkter teoretiskt sett hade kapacitet för att kunna genomföra färginspektionen. 5.5.2 Cognex

Cognex är ett världsledande företag inom visionteknik med över tre miljoner installerade system världen över samt 40 års erfarenhet inom branschen. Företaget inriktar sig främst på kameror, mjukvara, sensorer och streckkodläsare som hjälper diverse industrier i utvecklingen genom att öka kvaliteten, eliminera produktionsfel, minska tillverkningskostnader samt effektivisera processer.[14]

Företaget tillhandahåller flera produktserier som skiljer sig med avseende på dimensioner,

Elimineringsmatris för: _{Elimineringskriterier: Beslut:}

L ö sn in g L ä sa a v fä rg E rsä tt a m a n u e ll p ro ce ss A p p lice rb a r in u ti lju sskå p B e d ö m a o m f ä rg e n ä r in o m g o d kä n t in te rva ll E j i ko n ta kt m e d a n n a t m a te ria l ä n p e e k & t ita n U p p tä cka d e fe kt e r (+) Ja _{(-) Nej} (?) Info saknas (!) Ytterligare hjälpmedel krävs Kommentar (+) Fullfölj lösning (-) Eliminera lösning Beslut:

Mectron + + + - + + Kan inte skilja på färgnyanser -Mabema - + + - ! + Kan inte skilja på färgnyanser

-Cognex + + + + ! + +

Sipotek - + + - ! + Kan inte läsa av färg -SICK + + + - ! + Ingen system som kan tillämpas till problemet -ViSCO-TECH + + ? ? ! + Kunde inte bistå med hjälp just nu p.g.a. covid-19

-upplösning, ackvisition, pris etc. Beroende på appliceringsområde finns både 2D- och 3D kameror tillgängliga, där det förstnämnda är relevant inom detta examensarbete.

In-Sight 2000 Series

Cognex beskriver denna produktserie som; ”The power of In-Sight vision systems with the simplicity and affordability of an industrial sensor” [14, s.4]. In-Sight 2000 serien är en ideal lösning för att detektera fel då uppgiften kräver en visionsensor som är enkelt att använda samt snabbt kan anpassas till olika inspektionsprocesser. Denna produktserie består av In-sight 2000 samt In-sight 2000 Mini där den sistnämnde innehar all den kraft som 2000-serien har att erbjuda inuti ett ultrakompakt utförande för produktioner med limiterat utrymme. [15]

Figur 18. In-Sight 2000- och 2000 mini serien

In-Sight 7000 Series

Detta är en serie av visionsystem som erbjuder kvalitetskontroller där högt tempo samt hög prestanda är av intresse. Inom fabriksautomation är det sällan en storlek som passar samtliga applikationer och av den anledningen använder sig In-Sight 7000 av en teknologi som företaget kallar Flexible Image TechnologyTM _(FITTM_{), vilket gör det möjligt att anpassa kamerans storlek}

utifrån miljön den ska användas inom. [16]

Figur 19. Till vänster: In-Sight 7000 serien. Till höger: Flexible Image TechnologyTM In-Sight 8000 Series

In-Sight 8000 serien är världens minsta fristående visionsystem, den finns tillgänglig från 0.3 MP upp till 5 MP. Den kompakta storleken tillsammans med PoE (Power of Ethernet) minimerar kablaget för att möjliggöra att kameran placeras på de allra minsta områdena i produktionen. [17]

Figur 20. In-Sight 8000 serien

Vidare var det sista steget inom utvärderingsprocessen att jämföra ovannämnda produkter mot varandra i hopp om att kunna avgöra vilken kamera som lämpar sig bäst till ändamålet. 5.5.3 Kriterieviktsmetoden

Under denna del av utvärderingsprocessen formulerades önskemål tillsammans med Nobel Biocare. Detta gjordes i syfte med att bestämma prioriteringsordningen bland önskemålen för att därefter kunna jämföra lösningsalternativens förmågor att tillgodose önskemålen. Nedan listas önskemålen med tillhörande förklaring av varför de anses vara önskvärda egenskaper hos lösningen:

Ackvisition (fps)

Ett mått på hur många bilder kameran tar upp per sekund, mäts i FPS (Frames per second). Detta ansågs önskvärt eftersom det tillåter kameran att arbeta snabbt.

Upplösning (pixlar)

Kamerans kapacitet till att ta skarpa bilder. Denna egenskap ansågs vara önskvärd eftersom det tillåter kameran ta klara bilder för att kunna detektera t.ex. nyansskillnader eller andra brister i färgen.

Storlek

Kamerans dimensioner var av intresse eftersom den ska rymmas inuti ett ljusskåp där utrymmet är begränsat.

Pris (kr)

Desto dyrare kameran är, desto längre kommer tiden för pay-back att vara. Av den anledningen var det önskvärt att hålla priset för investeringen så låg som möjligt.

Figur 21. Viktbestämningsmatris.

Som kan tydas i figur 21 ansågs önskemål B, upplösning, som det viktigaste av önskemålen och tillgavs därmed högst summa inom viktbestämningsmatrisen. Anledningen till att detta ansågs vara mest betydelsefullt grundar sig i ett antagande att upplösningen har en direkt koppling till kamerans förmåga att kunna detektera nyansskillnader med hög precision, vilket möjliggör en korrekt bedömning av färgen vid varje inspektion. Önskemål C, storlek, tillgavs lägst vikt eftersom samtliga kameror som undersöktes var kompakt utformade och av den anledningen bör inte storleken bli avgörande för vilken lösning som väljs.

Vidare skalades dessa summor för att underlätta beräkningarna inom nästkommande delprocess, kriterieviktsmetoden.

Figur 22. Skalade viktfaktorer

Som går att tyda från figuren ovan tillgavs de olika önskemålen värden mellan 0–1 som baserades på deras vikt i förhållande till varandra, där värdet 1 är det högsta och 0 det lägsta. Därefter skalades dessa om genom att multiplicera varje enskilt värde med 20 för att sedan avrunda till närmsta heltal, vilket redovisas i figurens högra kolumn.

Dessa skalade viktfaktorer användes därefter i kriterieviktmatrisen för att tillge varje lösningsalternativ ett betyg sett till dess förmåga att uppfylla de olika önskemålen. I figur 23 nedan framgår det att de tre lösningsalternativen ansågs tillgodose önskemålen olika väl.

Kriterium Ackvisition Upplösning Storlek Pris Sum Sum/Tot

Ackvisition - 0 1 1 2 0,3333 Upplösning 1 - 1 1 3 0,5 Storlek 0 0 - 0 0 0 Pris 0 0 1 - 1 0,1667 6 1 Tot

Kriterium

Sum/Tot

Skala 1-10:

Ackvisition

0,333

7

Upplösning

0,5

10

Storlek

0

1

Figur 23. Kriterieviktsmatris

Metoden resulterade i att de olika lösningsalternativen gavs poäng i form av en totalsumma (T), där In-Sight 7000 stod sig bäst och därmed ansågs vara bäst lämpad för att utföra färginspektionen. Som beskrivits tidigare uppfyller alla ovanstående lösningsalternativ de specifikationer som uppgiften kräver och bör därmed kunna genomföra färginspektionen på ett korrekt sätt. Således bör denna matris i första hand tolkas som en metod för att jämföra lösningarnas förmåga att bemöta de önskemålen som tagits fram.

w v t v t v t v t

Ackvisition 7 10 70 4 28 9 63 9 63

Upplösning 10 10 100 2 20 8 80 8 80

Storlek 1 10 10 8 8 6 6 9 9

Pris 4 10 40 10 40 6 24 4 16

Kriterium Ideal In-Sight 2000 In-Sight 7000

Lösningsalternativ In-Sight 8000 168 0,763636364 2 Rangordning - 3 1 T 220 96 173 T/Tmax 1 0,436363636 0,786363636