คุมคุณภาพงานเชื่อม 100% ด้วย AI ฟังเสียงจาก Fraunhofer

· 1 min read

​นักวิจัยจาก Fraunhofer พัฒนาระบบ AI ประเมินคุณภาพงานเชื่อมด้วยการวิเคราะห์รูปแบบเสียง (Acoustic AI) ผ่านไมโครโฟน MEMS ที่ติดกับหัวเชื่อมโดยตรง เทคโนโลยีนี้ช่วยให้ผู้ผลิตโครงสร้างเหล็กและชิ้นส่วนยานยนต์ในไทยสามารถตรวจสอบข้อบกพร่องได้แบบ Real-Time ลดความจำเป็นในการทำลายชิ้นงานเพื่อสุ่มทดสอบ และตัดปัญหาความคลาดเคลื่อนจากพนักงานตรวจสอบ

Table of Contents

  • ​ข้อจำกัดของการตรวจสอบแนวเชื่อมแบบดั้งเดิม
  • เสียงเฉพาะตัวจากกระบวนการเชื่อม
  • ​เซนเซอร์รับเสียงบนปืนเชื่อม
  • ​การเรียนรู้รูปแบบเสียงของปัญญาประดิษฐ์
  • ​ก้าวสู่การใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรม

ครงสร้างขนาดใหญ่ระดับโลกอย่างสะพาน อุโมงค์ หรือระบบส่วนหน้าของอาคารล้วนพึ่งพาความแข็งแรงของการเชื่อมสตัด (Stud Welding) ซึ่งความผิดพลาดเพียงเล็กน้อยอาจหมายถึงความล้มเหลวของโครงสร้างทั้งระบบ งานวิจัยใหม่จากสถาบัน Fraunhofer IDMT ในเยอรมนี จึงได้พัฒนาระบบ AI ให้ทำหน้าที่เสมือน ‘หู’ เพื่อรับฟังและวิเคราะห์รูปแบบเสียงที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อม ทำให้สามารถตรวจจับข้อบกพร่องแบบ ‘Inline’ ได้ทันที โดยไม่ต้องรอกระบวนการทดสอบแบบดั้งเดิมที่ล่าช้าและมีต้นทุนสูง

​ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับงานเชื่อมอยู่ในระดับที่สูงมาก โดยเฉพาะขั้นตอนการตรวจสอบที่ต้องสามารถยืนยันความแข็งแรงของรอยเชื่อมได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ในภาคอุตสาหกรรมปัจจุบัน การประเมินเหล่านี้มักเกิดขึ้นในขั้นตอนหลังกระบวนการผลิต (Downstream) ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาหรือการทดสอบแบบทำลายชิ้นงานเป็นหลัก สถาบัน Fraunhofer IDMT จึงได้ฝึกฝนระบบ AI ให้ตรวจจับสัญญาณเสียงและวิเคราะห์ว่าคุณภาพงานเชื่อมอยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสมหรือไม่ ระบบจะคอยสังเกตความผิดปกติของรูปแบบคลื่นเสียง ซึ่งช่วยสร้างรากฐานใหม่สำหรับการประกันคุณภาพและการปรับปรุงกระบวนการเชื่อมให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

​ข้อจำกัดของการตรวจสอบแนวเชื่อมแบบดั้งเดิม

กลยุทธ์การตรวจสอบแบบดั้งเดิมเป็นสิ่งที่ได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมงานเชื่อมและสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับคุณภาพของรอยเชื่อมได้ แต่หากต้องการตรวจสอบแบบ 100% วิธีการเหล่านี้มักจะพบกับข้อจำกัดทั้งในด้านการปฏิบัติงานจริงและความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ การทดสอบแบบทำลายชิ้นงานก่อให้เกิดความสูญเสียทางวัสดุ ใช้เวลา และมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม อีกทั้งยังไม่สามารถนำไปใช้กับทุกรอยเชื่อมได้ ส่วนการตรวจสอบด้วยสายตาก็ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานและไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่เป็นรูปธรรมอย่างแท้จริง นอกจากนี้ วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายชิ้นงาน เช่น การเอกซเรย์ หรือการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ ยังต้องอาศัยอุปกรณ์วัดผลเฉพาะทาง และมีข้อจำกัดเมื่อใช้กับรูปทรงบางประเภท ส่งผลให้เกิดความยุ่งยากและต้นทุนที่สูงขึ้น

​เป้าหมายหลักจึงเป็นการประเมินคุณภาพของรอยเชื่อมทุกจุดให้มีความน่าเชื่อถือสูงสุด โดยต้องไม่ทำให้ขั้นตอนการตรวจสอบ ระยะเวลาการผลิต และต้นทุนเพิ่มขึ้นจนเกินควบคุม การตรวจสอบคุณภาพอย่างต่อเนื่องและคุ้มค่าระหว่างกระบวนการเชื่อมจึงเป็นสิ่งที่ทำได้ยากในอดีต ซึ่งนี่คือจุดที่ผู้เชี่ยวชาญจาก Fraunhofer IDMT เข้ามาพัฒนาเพื่อแก้ปัญหา

เสียงเฉพาะตัวจากกระบวนการเชื่อม

โครงการวิจัย ‘QualiBolS’ มุ่งเน้นการแก้ปัญหาด้วยการย้ายการตรวจสอบเข้าไปอยู่ในกระบวนการเชื่อมโดยตรง เพื่อสร้างระบบตรวจสอบคุณภาพด้วยเสียงแบบ ‘Inline’ ที่สามารถบันทึกและประเมินรอยเชื่อมทุกจุดได้อย่างครบถ้วน แนวทางดังกล่าวเป็นแบบขับเคลื่อนด้วยข้อมูล (Data-Driven) ซึ่งไม่เพียงแต่มุ่งเน้นที่การตรวจจับความผิดปกติที่ชัดเจนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทำความเข้าใจกระบวนการเชื่อมในระดับที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ในระยะยาว วิธีนี้จะเปิดโอกาสให้สามารถปรับปรุงกระบวนการทำงาน ลดปริมาณของเสียและการทำงานซ้ำ รวมถึงลดภาระในการตรวจสอบลงได้

​แนวคิดหลักเบื้องหลังเทคโนโลยีนี้มีความท้าทายทางเทคนิคสูง นั่นคือกระบวนการเชื่อมจะสร้างเสียงที่มีลักษณะเฉพาะตัวออกมาเสมอ เช่น ในการเชื่อมแบบอาร์ค (Arc Welding) จะเกิดการปล่อยคลื่นเสียงที่มีความเชื่อมโยงโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการ เสียงเหล่านี้จึงไม่ใช่แค่ผลพลอยได้ แต่ยังแฝงไปด้วยข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของการเชื่อมและคุณภาพของรอยต่อที่กำลังเกิดขึ้น

​ความคลาดเคลื่อนในกระบวนการผลิตมักจะส่งผลให้พฤติกรรมทางเสียงของงานเชื่อมเปลี่ยนไปอย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่น ปรากฏการณ์ ‘Arc Blow’ (การเบี่ยงเบนของอาร์คด้วยอิทธิพลทางแม่เหล็ก) สามารถส่งผลให้รอยเชื่อมมีลักษณะไม่สมมาตรและมีความแข็งแรงเชิงกลลดลง ความผิดปกติในลักษณะนี้มักไม่สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนด้วยตาเปล่า แต่จะสะท้อนออกมาในรูปแบบของสัญญาณเสียงระหว่างกระบวนการผลิต ระบบตรวจสอบด้วยเสียงจึงสามารถบันทึกและวิเคราะห์ความต่อเนื่องของกระบวนการเชื่อมที่การตรวจสอบด้วยสายตาทำได้ยาก การวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการยืนยันว่าสถานะเฉพาะตัวของกระบวนการเชื่อมจะถูกบันทึกไว้ในรูปแบบของ ‘Acoustic Signature’ ทำให้เสียงกลายเป็นแหล่งข้อมูลที่มีค่าสำหรับการควบคุมคุณภาพ

​เซนเซอร์รับเสียงบนปืนเชื่อม

เพื่อให้สามารถบันทึกเสียงของการเชื่อมในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมได้อย่างน่าเชื่อถือ โครงการวิจัยได้พัฒนาระบบการวัดขนาดกะทัดรัดที่ใช้ไมโครโฟนแบบ ‘MEMS’ อุปกรณ์นี้จะถูกติดตั้งโดยตรงบนปืนเชื่อมเพื่อจับสัญญาณเสียงในระหว่างการเชื่อมได้ทันที วิธีนี้ช่วยสร้างระบบการวัดที่ทนทานและให้ข้อมูลที่ทำซ้ำได้สำหรับการวิเคราะห์ในขั้นตอนต่อไป นอกจากนี้ ยังมีการบันทึกตัวแปรอื่น ๆ ของกระบวนการ เช่น กระแสไฟและแรงดันไฟฟ้าในการเชื่อม เพื่อช่วยในการตีความข้อมูลเสียงและเพิ่มความน่าเชื่อถือ เป้าหมายสูงสุดคือการประเมินรอยเชื่อมโดยอัตโนมัติและจำแนกประเภทชิ้นงานออกเป็น ‘i.O.’ (In Ordnung – ผ่านเกณฑ์) หรือ ‘n.i.O.’ (Nicht in Ordnung – ไม่ผ่านเกณฑ์)

​การเรียนรู้รูปแบบเสียงของปัญญาประดิษฐ์

การพัฒนาระบบ AI ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้อาศัยฐานข้อมูลที่ถูกสร้างขึ้นอย่างเป็นระบบ สถานะของการเชื่อมในรูปแบบต่าง ๆ จะถูกสร้างขึ้นมาโดยตั้งใจ เพื่อบันทึกค่าและประเมินคุณภาพ ข้อมูลเหล่านี้จะรวมถึงความผันผวนของกระบวนการทั่วไปและความผิดปกติที่เกี่ยวข้องเพื่อให้แบบจำลองสามารถเรียนรู้ได้อย่างครอบคลุม การศึกษาความเป็นไปได้ในกระบวนการเชื่อมหลายประเภทแสดงให้เห็นว่าสัญญาณเสียงมีเบาะแสที่เชื่อถือได้ องค์ประกอบความถี่ที่เฉพาะเจาะจงและรูปแบบสัญญาณตามช่วงเวลาช่วยให้สามารถแยกแยะระหว่างสถานะที่ดีและสถานะที่มีข้อบกพร่อง อัลกอริทึม ‘Machine Learning’ สมัยใหม่สามารถเรียนรู้ความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนในข้อมูลเสียงเหล่านี้ และนำมาใช้สำหรับการจำแนกประเภทที่แม่นยำเพื่อสนับสนุนการประเมินรอยเชื่อมแต่ละจุดโดยอัตโนมัติ

​ก้าวสู่การใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรม

การถ่ายทอดเทคโนโลยีนี้ไปสู่การใช้งานในอุตสาหกรรมจะไม่จำกัดอยู่เพียงแค่การพิสูจน์ในห้องปฏิบัติการ แต่จะถูกพัฒนาให้เป็นระบบตรวจสอบแบบ ‘Inline’ ที่ผสานรวมเข้ากับระบบเชื่อมสตัดที่มีอยู่ ปัจจุบันมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางเทคนิคอย่างใกล้ชิดกับผู้ผลิตปืนเชื่อม เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการนำไปใช้ในการผลิตจริง โมเดล AI จะต้องมีความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะรับมือกับตัวแปรรบกวน โดยการขยายฐานข้อมูลอย่างต่อเนื่องจะช่วยปรับปรุงคุณภาพของโมเดลให้ดียิ่งขึ้น

​ในระยะยาว โครงการ ‘QualiBolS’ จะช่วยเปิดมุมมองใหม่ให้กับการควบคุมคุณภาพของรอยเชื่อม โดยกระบวนการผลิตจะไม่ใช่เพียงแค่ถูกตรวจสอบ แต่จะได้รับการทำความเข้าใจและสามารถควบคุมได้อย่างตรงจุดมากขึ้น สำหรับการเชื่อมสตัด ระบบนี้ทำให้คุณภาพไม่ถูกประเมินเฉพาะในขั้นตอนการตรวจสอบชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์แล้วเท่านั้น แต่จะถูกควบคุมและรักษามาตรฐานควบคู่ไปกับกระบวนการทำงานได้ทันที เป็นการแปลงเสียงให้เป็นข้อมูลด้านคุณภาพที่นำไปใช้ประโยชน์ได้จริง แทนที่จะต้องรอตรวจพบในภายหลังด้วยวิธีการแบบดั้งเดิมที่ใช้เวลาและล่าช้ากว่ามาก

MM