تفحّص عيوب كتلة المحرك ورأس الأسطوانة: رؤية تعلُّم عميق للكشف عن العيوب في الصب

نظرة عامة

قد تظهر عيوب في كتل المحرك ورؤوس الأسطوانة في مراحل مختلفة من التصنيع. عيوب الصب مثل الثقوب الرملية والمسامية وعيوب الانكماش والشوائب التي تنشأ أثناء عملية الصب، بينما العيوب الناتجة عن التشغيل الآلي والمناولة مثل آثار الاصطدام والخدوش قد تظهر خلال العمليات الإنتاجية اللاحقة.

يجمع حل تفحّص الرؤية من شركة بيغ بيرد إنداستريال بين كاميرات صناعية بدقة ٢٠ ميجابكسل، إضاءة عالية الشدة، تصوير روبوتي، وخوارزميات تعلُّم عميق لتفحّص كلٍّ من عيوب الأسطح المشغولة والعيوب المرئية في عملية الصب على كتل المحرك ورؤوس الأسطوانة.

النظام المشار إليه يمتلك دورة تفحّص مُعلَّنة تبلغ 4.5 دقيقة مع إمكانية تخصيص التكوين النهائي ودورة العمل وفقًا لمتطلبات القطعة المراد فحصها والمتطلبات الفنية للفحص.

العيوب الناتجة عن الصب والعيوب الناتجة عن التشغيل الآلي تمثل مشكلتين مختلفتين في مجال الفحص.

قد تحتوي كتل المحركات ورؤوس الأسطوانات على عيوب ناتجة عن مراحل تصنيع مختلفة جذريًّا.

عيوب الصب

ومن أبرز العيوب المرتبطة بالصب ما يلي:

• ثقوب الرمل
• المسامية الناتجة عن الغاز
• عُيوب الانكماش
• المكونات

تتشكل هذه العيوب أثناء عمليات صب المعدن، أو تصلّبه، أو غيرها من مراحل الصب. وعند ظهورها على السطح، قد تبدو على هيئة بقع داكنة أو حفر صغيرة أو انخفاضات غير منتظمة أو مناطق ذات نسيج سطحي مختلف.

العيوب الناتجة عن التشغيل الآلي والمناولة

وبعد عملية الصب، تخضع كتل المحركات ورؤوس الأسطوانات لعمليات تشغيل آلي ونقل وتثبيت وعمليات إنتاجية أخرى.

ومن أبرز العيوب الناتجة عن هذه المراحل ما يلي:

• آثار الاصطدام
• الخدوش
• الأضرار السطحية
• انطباعات محلية

قد تختلف المظهر البصري لهذه العيوب اختلافًا كبيرًا عن العيوب الناتجة عن الصب.

هذه الفروقة مهمةٌ لرؤية الآلة لأن مجموعتي العيوب هاتين قد تتطلّبان استراتيجيات تصوير وخوارزميات مختلفة.

٢. لماذا يصعب اكتشاف عيوب الصب؟

أسطح الصب تكون طبيعيًّا أكثر تعقيدًا من الأسطح المُصنَّعة ذات التوحُّد العالي.

قد تتمتّع السطح المُصنَّع بملمس وانعكاسية نسبيًّا متسقَّين، بينما يمكن أن يحتوي سطح الصب على ما يلي:

• ملمس غير منتظم
• تغير طبيعي في السطح
• تغيُّرات في الخشونة
• استجابات إضاءة مختلفة
• سمات بصرية مرتبطة بالمادة

كما قد تتفاوت عيوب الصب مثل الثقوب الرملية والمسامية اختلافًا كبيرًا في الشكل والحجم.

وبالتالي، قد يواجه نظام الرؤية البصري البسيط القائم على العتبة صعوبة في التمييز بين العيب الحقيقي وملمس الصب الطبيعي.

لهذا السبب، يستخدم النظام المشار إليه رؤية آلية قائمة على التعلُّم العميق .

فبدلًا من الاعتماد فقط على عتبات ثابتة للشدة الرمادية أو الهندسية، يمكن للنموذج المدرَّب أن يتعلَّم الخصائص البصرية من عيِّنات تمثيلية سليمة (OK) وعيِّنات معيبة (NG).

ومع ذلك، لا يلغي التعلُّم العميق الحاجة إلى تصوير مناسب. فالإضاءة ودقة التصوير البصري وجودة العيِّنة وتحديد منطقة الفحص تظل عوامل أساسية في أداء النظام.

٣. حل الفحص: التعلُّم العميق + الرؤية عالية الدقة

يدمج المعدات المشار إليها فحص عيوب التشغيل الآلي وعيوب الصب ضمن سير عمل فحص مشترك.

عيوب الأسطح المشغَّلة آليًّا

يمكن للنظام فحص المناطق المشغَّلة آليًّا المحدَّدة بحثًا عن عيوب مثل:

• آثار الاصطدام
• الخدوش
• الأضرار السطحية

عيوب الصب

تشمل نطاق الفحص أيضًا:

• ثقوب الرمل
• المسامية الناتجة عن الغاز
• عُيوب الانكماش
• المكونات

ويتوقف الحجم الفعلي للعيوب القابلة للكشف ومعايير القبول على سطح القطعة، وظروف التصوير، ومعايير الجودة المحددة من قِبل العميل.

الفحص بالتعلُّم العميق

يستخدم النظام خوارزميات التعلُّم العميق لتحليل الصور الملتقطة.

وهذه الطريقة مفيدةٌ بشكل خاص عندما يصعب وصف شكل العيوب باستخدام قواعد ثابتة بسيطة.

فعلى سبيل المثال، قد تختلف فتحات الرمل والمسام في:

• الشكل
• الحجم
• خصائص الحافة
• التباين
• ملمس السطح
• توزيع

ويمكن تدريب نموذج تعلُّم عميق باستخدام عيّنات تمثيلية للتعرُّف على هذه الخصائص.

٤. التكوين المادي

ويستخدم النظام المرجعي تصويرًا عالي الدقة جنبًا إلى جنب مع تحديد المواقع الآلي.

نظام الرؤية

• كاميرا صناعية بدقة ٢٠ ميجابكسل
• مصدر ضوء عالي السطوع بحجم كبير جدًّا

توفر الكاميرا عالية الدقة معلومات تفصيلية عن الصورة، بينما صُمّم نظام الإضاءة الكبير لتوفير إضاءة مناسبة عبر منطقة الفحص.

التصوير الروبوتي

أ روبوت فانوك يُستخدم لتحديد موقع الكاميرا آليًّا وجمع الصور.

يسمح هذا التكوين للنظام بفحص مناطق متعددة من مكونات المحرك المعقدة دون الحاجة إلى كاميرا ثابتة منفصلة لكل موقع فحص.

وظائف التحكم والبيانات

يتضمن النظام:

• قراءة الرموز
• تفتيش رؤية الآلة
• خوارزميات التعلُّم العميق
• إمكانية تتبع عمليات الفحص
• تحليل البيانات
• الوصول البعيد إلى البيانات

وهذا يسمح بربط نتائج الفحص بكل قطعة عمل على حدة، ومراجعتها لاحقًا لتحليل الجودة.

5. المواصفات الفنية

تعتمد المواصفات التالية على معلومات المنتج المتاحة علنًا للنظام المشار إليه.

عنصر	المواصفات
التطبيق	المركبات التجارية والمركبات الخاصة، بما في ذلك المركبات الكهربائية الجديدة
قطع العمل	مكونات نظم الدفع للطاقة الجديدة؛ ومكونات نظم الدفع بالديزل والبنزين
نطاق الفحص	عيوب الأسطح المصنوعة والسباكة
عيوب الصب	الثقوب الرملية، المسامية، عيوب الانكماش، الشوائب
العيوب الناتجة عن التشغيل الآلي	علامات التصادم، والخدوش، والأضرار السطحية ذات الصلة
دورة الفحص المنشورة	4.5 دقيقة
كاميرا صناعية	20 MP
إضاءة	مصدر ضوء عالي السطوع بحجم كبير جدًّا
روبوت	فانوك
التحكم	حاسوب صناعي من شركة سيمنز/أدفانتيش
تقنية الفحص	الرؤية الآلية + التعلُّم العميق
الوظائف	قراءة الرموز، والتفتيش، وإمكانية التعقب، وتحليل البيانات، والوصول عن بُعد

السوق دورة مدتها ٤٫٥ دقائق هي قيمة تطبيقية منشورة يجب تقييم إيقاع التفتيش الفعلي وفقًا لعدد مناطق التفتيش، وهندسة قطعة العمل، ومسار الروبوت، ومتطلبات معالجة الصور، ونمط الإنتاج.

٦. اعتبارات رئيسية للاختيار

٦٫١ إنشاء قاعدة بيانات العينات قبل تطوير الخوارزمية

يعتمد أداء التعلُّم العميق اعتمادًا كبيرًا على جودة العينات.

يجب أن يجمع المشروع عينات تمثيلية تشمل:

• المنتجات الطبيعية
• المنتجات المعيبة الواضحة
• أنواع العيوب المختلفة
• أحجام العيوب المختلفة
• العينات الحدّية أو شبه الحدّية
• حالات السطح المختلفة

تكتسب العينات الحدّية أهمية خاصة لأن العيوب في الإنتاج الفعلي ليست دائمًا واضحة كما هي في الأمثلة المخبرية.

٦.٢ تحديد معايير كمية للعيوب

إن مصطلحات مثل «المسامية الصغيرة» أو «ثقب الرمل الطفيف» يصعب على نظام الرؤية تفسيرها دون توفر معايير هندسية.

يجب أن تُعرِّف مواصفات الجودة، عند الاقتضاء:

• الحجم الأدنى للعيب
• أقصى حجم مقبول للعيب
• عدد العيوب
• كثافة العيوب
• موقع العيب
• المسافة المقبولة بين العيوب

وبعد ذلك، يمكن تدريب الخوارزمية والتحقق من صحتها مقابل هدف فحص مُعرَّفٍ بوضوح.

٦.٣ خذ دورة الدقائق الأربعة والنصف في الاعتبار عند التخطيط للإنتاج

زمن الدورة المنشور معتدل نسبيًّا مقارنةً بفحص الرؤية المتسلسل عالي السرعة.

وهذا قد يجعل التكوين مناسبًا لما يلي:

• الفحص الكامل للمكونات الحرجة
• فحص الدفعة
• فحص الجودة عند نهاية الخط
• فحص العينة

إذا احتاج الفحص إلى الاندماج في خط إنتاج أسرع، فيمكن توزيع نقاط الفحص محتملًا عبر عدة محطات متوازية.

وينبغي تحديد الحل الفعلي من خلال تحليل زمن الدورة بدلًا من افتراض أن خلية فحص واحدة آلية قادرة على تلبية كل متطلبات التاكت.

٦.٤ خطِّط لوصول البيانات واحتفظ بها

تُعَدُّ وظائف استعلام البيانات عن بُعد مفيدةً لتتبُّع الجودة، لكن يجب أن يُصمَّم النظام وفقًا للبيئة التقنية المعلوماتية الفعلية في المصنع.

يجب أن يحدِّد المواصفات الفنية:

• مدة احتفاظ البيانات
• سعة تخزين الصور
• أذونات المستخدم
• طريقة الوصول عن بُعد
• متطلبات التشغيل الاحتياطي
• الارتباط بين قطعة العمل والنتيجة

٧. هل يمكن لفحص الرؤية الآلية كشف عيوب الصب؟

يمكن للرؤية الآلية كشف عيوب الصب الظاهرة بصريًّا على السطح الخاضع للفحص ، بما في ذلك أمثلة مناسبة لثقوب الرمل والمسام والعيوب السطحية الناتجة عن الانكماش والشوائب.

مع ذلك، توجد قيودٌ هامةٌ.

عيبٌ مُدفَنٌ تمامًا داخل الصب مع لا توجد مؤشراتٌ ظاهرةٌ على السطح ولا يمكن اكتشافه بشكلٍ موثوقٍ باستخدام التصوير السطحي وحده .

قد تتطلب مثل هذه العيوب الداخلية طرق فحص غير تدميرية أخرى، حسب نوع التطبيق، مثل:

• فحص الأشعة السينية
• الفحص بالموجات فوق الصوتية
• فحص الجسيمات المغناطيسية
• طرق أخرى للفحص غير التدميري الخاصة بالتطبيق

وبالتالي، يجب أن يُفهم فحص الرؤية كوسيلةٍ لفحص المظاهر الظاهرة على السطح والقريبة من السطح وليس كبديلٍ عن كل أشكال فحص الصب.

٨. الحفاظ على أداء نموذج التعلُّم العميق

عادةً لا يصبح نموذج التعلُّم العميق غير دقيقٍ لمجرد أنه كان يعمل لفترةٍ من الزمن.

مع ذلك، يمكن أن يتغير أداء الفحص عند تغيُّر ظروف الإنتاج.

ومن الأمثلة على ذلك:

• مادة صب جديدة أو مورِّد جديد
• عملية تشغيل آلي جديدة
• تغييرات في تشطيب السطح
• تغييرات في الإضاءة
• نماذج منتجات جديدة
• أنواع عيوب جديدة
• استبدال الكاميرا
• تغييرات في التثبيت أو في وضع الروبوت

لذلك، يجب أن يشمل مشروع الرؤية القوي آليةً للصيانة النموذجية تشمل ما يلي:

1. جمع عيّنات جديدة للعيوب
2. مراجعة العيّنات الإنتاجية
3. التحقق من صحة النموذج
4. تحديث النموذج
5. التحكم بالإصدار
6. إعادة التحقق من الصلاحية بعد إدخال التغييرات

يُفضَّل تحديد هذه المهام والإجراءات بدقة في الاتفاقية الفنية قبل قبول المعدات.

٩. دمج فحص الرؤية مع عملية التنظيف

يمكن تنظيف كتل المحركات ورؤوس الأسطوانات قبل الفحص النهائي.

في خطوط الإنتاج التي تتطلب كلًّا من التنظيف وفحص الرؤية، يمكن دمج العمليتين ضمن سير عمل أوسع لمراقبة الجودة.

وقد تكون التسلسل النموذجي على النحو التالي:

التشغيل الآلي → التنظيف → التجفيف → الفحص البصري → إمكانية التتبع → التجميع

يمكن لهذا النهج تقليل احتمال حدوث تلوث جديد أو أضرار ناتجة عن التصادم أثناء التعامل الوسيطي غير الضروري.

كما يمكنه جعل نتيجة الفحص أكثر تمثيلاً لحالة المكوّن مباشرةً قبل التجميع.

تمتلك شركة بيغ بيرد إنداستريال كلاً من معدات التنظيف الدقيقة الصناعية وقدرات الفحص البصري الآلي ، مما يجعل الحلول المدمجة للتنظيف والفحص ممكنة في التطبيقات التي تتطلب كلا العمليتين.

١٠. قدرات شركة بيغ بيرد إنداستريال في الفحص البصري الآلي

شركة هاربين بيغ بيرد إنداستريال المحدودة (بيغ بيرد إنداستريال)، والتي كانت تُعرف سابقاً باسم شركة هاربين شيمادا بيغ بيرد إنداستريال المحدودة، توفر حلولاً صناعية متكاملة للتنظيف والفحص البصري الآلي في تطبيقات نظم الدفع automobiles وتصنيع المكونات الدقيقة.

ويشمل نشاطها في مجال رؤيا الآلة ستة مجالات متخصصة:

• أورينت سي — الفحص البُعدي والهندسي
• سيرفيس سي — فحص عيوب السطح
• أسامبلي سي — فحص التجميع ومنع الأخطاء
• إنر سي — فحص الثقوب الداخلية وجدرانها الداخلية
• بينت سي — فحص عيوب سطح الطلاء
• منصة الخوارزميات والبرمجيات — خوارزميات وبرامج الرؤية الآلية

لواحدات المحرك ورؤوس الأسطوانات، سيرفيس سي يمكن تهيئتها لكشف عيوب الأسطح المُعالَجة وكذلك العيوب المرئية في الصب.

عندما يلزم فحص الثقوب الداخلية، إنر سي يمكنها تلبية متطلبات الفحص المتعلقة بالثقوب الداخلية وأسطح الجدران الداخلية.

وهذا يسمح بتهيئة نظام الفحص وفقًا لنوع العيب الفعلي وموقع الفحص والعملية الإنتاجية، بدلًا من تطبيق طريقة تصوير واحدة على جميع المناطق.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن للرؤية الآلية أن تحل محل الفحص اليدوي لثقوب الرمل والمسام؟

بالنسبة للعيوب الظاهرة بوضوح على السطح الخاضع للفحص، يمكن للرؤية الآلية الآلية أن تحل محل الفحص البصري اليدوي أو تقلِّله بشكل كبير.

ومع ذلك، لا يمكن لكشف العيوب المخفية تمامًا داخل القطعة المسبوكة والتي لا تظهر أي مؤشرات سطحية لها باستخدام التصوير السطحي وحده. ولذلك تتطلب هذه العيوب طرق فحص غير تدميرية مناسبة.

هل يصبح نموذج التعلُّم العميق غير دقيق بعد تشغيله لفترة من الزمن؟

ليس فقط بسبب وقت التشغيل.

قد تتغير الأداء عندما يتغير المنتج أو العملية أو المادة أو الإضاءة أو عدد العيوب. ولذلك، فإن جمع العينات باستمرار والتحقق من صحة النموذج مهمان لاستقرار الإنتاج على المدى الطويل.

لماذا تبلغ دورة الفحص المنشورة ٤٫٥ دقيقة؟

يؤدي النظام المرجعي عمليات تصوير متعددة على أسطح مكونات المحرك المعقدة باستخدام تحديد المواقع الروبوتية ومعالجة الصور.

المُشار إليه دورة ٤٫٥ دقيقة مناسبة للتطبيق المرجعي. وإذا احتاج الإنتاج إلى إيقاع أسرع، فيمكن تقسيم نقاط الفحص بين محطات متوازية أو تحسين مسارات التصوير والروبوت.

هل يمكن ربط نظام الرؤية بماكينة التنظيف؟

نعم، نعم

توفر شركة بيغ بيرد إنداستريال معدات تنظيف صناعية دقيقة وأنظمة فحص بالرؤية الآلية. وعندما تتطلب عملية الإنتاج ذلك، يمكن ربط عمليتي التنظيف والفحص بحيث تنتقل المكونات مباشرةً من مرحلتي التنظيف والتجفيف إلى الفحص البصري الآلي وإمكانية التتبع.

الخاتمة

تمثل عيوب الصب والتشطيب الميكانيكي تحديين مختلفين لمراقبة الجودة في كتل المحركات ورؤوس الأسطوانات.

الثقوب الرملية والمسامية وعيوب الانكماش والشوائب تنشأ عن عملية الصب، بينما الخدوش وعلامات الاصطدام قد تظهر أثناء التشطيب الميكانيكي أو المناولة أو نقل المنتج خلال الإنتاج. وقد تختلف خصائصها البصرية اختلافاً كبيراً، ما يجعل من الصعب تطبيق استراتيجية فحص واحدة تعتمد على عتبة ثابتة بشكلٍ موثوق.

تدمج الحلّ المشار إليه كاميرا صناعية بدقة ٢٠ ميجابكسل، وإضاءة عالية الشدة، وروبوتات فانوك للتحديد الموضعي، ورؤية آلية قائمة على التعلُّم العميق لفحص كلٍّ من الأسطح المشغَّلة المحددة وعيوب الصب المرئية.

مع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الإنتاجية، يعتمد فعالية التفتيش القائم على التعلُّم العميق على عوامل تتجاوز الخوارزمية نفسها. العينات التمثيلية، ومعايير القبول الكمية، وظروف التصوير المستقرة، وعملية صيانة النموذج المُعرَّفة كلُّها أجزاء جوهرية في نظام تفتيش بصري موثوق.

وبالنسبة للشركات المصنِّعة التي تسعى إلى دمج عمليات التنظيف والتفتيش السطحي وإمكانية التعقُّب، يمكن لشركة بيغ بيرد إندستريال دمج هذه العمليات في سير عمل أوسع لأتمتة ضبط الجودة، مع شيمادا الاحتفاظ بها كجزء من الهوية العلامة التجارية التاريخية للشركة.