Kontrola povrchu válcového bloku: detekce chyb otvorů, škrábanců a kontaminace kovovými třískami

Přehled

Kontrola povrchu válcových bloků není omezena pouze na kontrolu škrábanců nebo viditelných vad. Ještě před tím, než válcový blok vstoupí do obráběcí linky, mohou výrobci také potřebovat identifikovat chybějící nebo nesprávně umístěné díry, škrábance a vzniklé deformace na obráběných plochách a zbytky černých kovových třísek .

Praktický automatizovaný kontrolní systém může kombinovat kamery shora a z boku spolu s robotickým umístěním kamer a rotačním stolem, aby kontroloval různé povrchy válcového bloku.

Tento článek vysvětluje, jak lze nakonfigurovat systém pro kontrolu pomocí strojového vidění pro příjemní kontrolu válcových bloků, jak spolu různé kamery a pohybové mechanismy fungují a na co je třeba myslet při kontrole děr a malých povrchových nečistot.

1. Proč kontrolovat válcové bloky ve fázi příjemní kontroly?

Mnoho problémů s kvalitou vzniká ještě před tím, než součást dorazí do frézovacího nebo montážního procesu.

U litinového válcového bloku mohou být potenciální vady při příjmu například:

• Chybějící díry
• Navíc nebo nesprávně umístěné díry
• Nesprávné uspořádání děr
• Rýhy nebo nárazové stopy na obráběných površích
• Zbytky černých kovových třísek
• Jiné viditelné povrchové vadné útvary

Pokud tyto vady nejsou zjištěny dříve než po obrábění, součást již může spotřebovat významné množství výrobního času a zpracovatelských prostředků.

Včasná kontrola zabrání odpadu v následných krocích výrobního procesu

Umístění kontrolního systému na kontrolním bodu příjmu materiálu poskytuje dřívější kvalitní bránu.

Při zjištění odchylky lze válec bloku zamítnout, opravit nebo přesměrovat ještě před vstupem do následných operací obrábění.

Základní logika je:

Příjem válcového bloku → Kontrola strojového vidění → Klasifikace OK / NE → Obrábění nebo oprava

To umožňuje výrobcům identifikovat vady zděděné nebo příchozí ještě předtím, než se stanou součástí následných kroků výrobního procesu.

2. Kontrolní systém: oddělené pohledy shora a ze strany

Blok válce má více kontrolních ploch, a jedna pevná kamera nemusí nutně poskytnout dostatečné pokrytí.

Praktické řešení proto může rozdělit úkol kontroly mezi záběry shora a ze strany .

Kontrola horního povrchu

AKamera se používá pro horní plochu bloku válců.

V popsané konfiguraci robot kameru A nese a pohybuje jí podle naprogramované kontrolní dráhy.

To umožňuje upravit polohu snímkování a zorný úhel pro různé oblasti horní plochy.

Kontrola bočního povrchu

AKamera B je umístěn vedle obrobku.

Blokový válec je otáčen na rotačním stole tak, aby různé boční plochy prošly zorným polem kamery.

Základní posloupnost pohybů je:

Kamera A upevněná na robotu → snímání horní plochy

Rotační stůl + kamera B → snímání bočních ploch

Software pro kontrolu následně zpracuje pořízené snímky a poskytne odpovídající výsledek OK/NG.

3. Co systém strojového vidění dokáže detekovat?

Kontrolní systém lze nakonfigurovat pro několik různých kontrolních úkolů.

3.1 Detekce chybějících nebo nesprávných otvorů

Bloky válců obsahují více obráběných a litých otvorů se specifickými polohami a uspořádáním.

Systém může porovnat skutečný obraz s definovaným referenčním umístěním otvorů, aby zjistil:

• Chybějící díry
• Navíc vytvořené otvory
• Nesprávné umístění otvorů
• Nesprávné uspořádání děr
• Odchylky rozměrů obráběných otvorů

Tento typ kontroly je zvláště užitečný u příchozích litin, kde nesprávné uspořádání otvorů jinak může pokračovat do následných obráběcích procesů.

Referenční údaje by měly být založeny na skutečných technických výkresech zákazníka a schváleném uspořádání otvorů.

3.2 Detekce škrábanců a nárazových značek

Obráběné povrchy mohou obsahovat viditelné škrábance, vrypy nebo nárazové stopy.

Počítačové vidění může identifikovat abnormální povrchové znaky analýzou rozdílů mezi očekávaným vzhledem povrchu a zachyceným obrazem.

Skutečná kontrolní schopnost závisí na faktorech jako:

• Úprava povrchu
• Světelné podmínky
• Velikost vady
• Kontrast vady
• Rozlišení fotoaparátu
• Úhel prohlídky
• Textura pozadí

Z tohoto důvodu je před konečným nastavením konfigurace systému důležitá validace vzorku pomocí skutečných výrobních dílů.

3.3 Detekce černých kovových třísek

Černé kovové třísky mohou být zvláště náročné na detekci.

Na rozdíl od velkých, jasně viditelných cizích předmětů se jemné třísky mohou nerovnoměrně rozprostírat po obráběném povrchu a mohou mít vizuální charakteristiky podobné:

• Tmavým obráběcím stopám
• Povrchová textura
• Kontaminace oleje
• Příznakům litinového nebo obráběcího pozadí

Vizuální algoritmus může vyhodnocovat charakteristiky jako:

• Tvar
• Velikost
• Funkce okraje
• Pozice
• Kontrast vůči okolnímu povrchu

Avšak pokud jsou kovové třísky smíšené s olejem nebo jiným tmavým znečištěním, může být kontrast obrazu méně spolehlivý.

Z tohoto důvodu, pro ověření je třeba použít skutečné vzorky obsahující reprezentativní kontaminaci kovovými třískami místo spoléhání pouze na čisté referenční díly.

4. Flexibilní definice oblasti pro kontrolu

Různé modely válcových bloků mohou mít odlišné požadavky na kontrolu.

Místo trvalého pevného nastavení každé oblasti kontroly umožňuje systém uživateli definovat oblasti kontroly prostřednictvím softwarového rozhraní.

Tímto umožňuje operátorům nebo technikům určit:

• Který povrch vyžaduje kontrolu
• Který vzor děr má být zkontrolován
• Které obráběné plochy mají být prohlédnuty
• Které oblasti mají být vyloučeny
• Které oblasti vyžadují detekci vad

Po nastavení lze kontrolní oblast a odpovídající parametry uložit jako program pro výrobek.

Toto je zvláště užitečné v produkčních prostředích, kde několik modelů válcových bloků sdílí stejný systém kontroly.

5. Polohování kamery pomocí robota a automatické učení

Kamera montovaná na robotovi poskytuje větší flexibilitu ve srovnání s pevnou konfigurací kamery.

Robot může přesunout kameru do předem definovaných poloh a sledovat naprogramované kontrolní dráhy.

Díky automatickému učení dráhy a správě programů pro výrobky může systém podporovat:

• Více kontrolních pozic
• Různé modely válcových bloků
• Automatické spuštění dráhy kamery
• Přepínání programů výrobků
• Kontrola složitých povrchů

U vícemodelové výroby však nesmí být flexibilita zaměňována s neomezenou kompatibilitou.

Rozměry obrobku, kontrolní povrchy, poloha upínače, zorné pole kamery a dosah robota stále musí být vyhodnoceny pro každou rodinu výrobků.

6. Typická technická konfigurace

Následující parametry vycházejí z veřejně dostupných informací o tomto typu přizpůsobeného systému pro vizuální kontrolu.

Položka	Typická konfigurace
Typ zařízení	Přizpůsobený / nestandardní systém pro vizuální kontrolu
Cíle kontroly	Poloha díry, rozměr obráběné díry, chybějící/nadbytečné díry, škrábance, nárazy, kovové třísky
Kontrola horního povrchu	Kamera A upevněná na robotu
Kontrola bočního povrchu	Kamera B + rotační stůl
Kontrolní oblast	Uživatelem definované oblasti
Monitorování kamerou	Zobrazení obrazu z kamery v reálném čase
Přestavba výrobku	Rychlé přepínání modelů
Pohyb robota	Automatické učení dráhy
Takt výroby	Přizpůsobeno podle požadavků výroby

Přesné rozlišení kamery, objektiv, osvětlení, model robota, zpracovatelský algoritmus a čas cyklu je třeba určit prostřednictvím testování vzorků a výrobních požadavků.

7. Klíčové aspekty výběru

7.1 Černé kovové třísky představují výzvu pro ověření

Malé černé kovové třísky mohou být vizuálně podobné tmavým povrchovým útvarům nebo kontaminaci olejem.

Než bude inspekční systém konečně schválen, doporučuje se dodat vzorky reprezentující:

• Čisté obráběné povrchy
• Normální povrchovou texturu
• Typickou kontaminaci kovovými třískami
• Různé velikosti třísek
• Různé orientace třísek
• Podmínky kontaminované olejem

To umožňuje testovat vizuální systém za realistických výrobních podmínek.

7.2 Kontrola děr vyžaduje přesný referenční údaj

Kontrola polohy děr závisí na spolehlivých referenčních údajích.

Dodavatel by měl obdržet příslušné technické výkresy nebo schválená data o uspořádání děr, aby systém dokázal rozlišit mezi:

• Požadovanými dírami
• Volitelnými dírami
• Technologickými dírami
• Referenčními dírami
• Nežádoucími nebo dodatečnými dírami

V opačném případě by se legitimní technologický prvek mohl být nesprávně interpretován jako neobvyklá díra.

7.3 Výroba více modelů vyžaduje řízení programů

Uživatelsky definované oblasti kontroly a automatické učení robotů zvyšují flexibilitu změn modelů.

U výrobní linky s více modely válcových bloků je však obvykle efektivnější připravit a ověřit kontrolní program pro každý model předem.

Tím lze snížit:

• Čas přepínání
• Ruční nastavení
• Přerušením výroby
• Riziko nesprávných parametrů kontroly

7.4 Umístění kontroly by mělo odpovídat taktu výroby

Kontrolní stanici pro vstupní kontrolu je třeba vyhodnotit společně se systémem manipulace s materiálem.

Úplný cyklus by měl zahrnovat:

Naložení → Nastavení polohy → Snímání → Zpracování obrazu → Výstup výsledku → Vyložení

Pokud je pořízení obrazu rychlé, ale nastavení polohy součásti nebo pohyb robota trvá příliš dlouho, může se kontrolní stanice stále stát výrobním úzkým hrdlem.

Proto by měla validace času cyklu zahrnovat celou inspekční sekvenci , nikoli pouze dobu expozice kamery.

8. Průmyslová inspekce pomocí strojového vidění ve společnosti Big Bird Industrial

Big Bird Industrial, dříve Harbin Shimada Big Bird Industrial, poskytuje integrovaná řešení průmyslového čištění a strojového vidění pro automobilový průmysl a aplikace v oblasti přesného výrobního inženýrství.

Jeho specializované podnikání ve strojovém vidění, CN ISEE , zahrnuje několik oblastí aplikací, mezi něž patří:

• Orient See — rozměrová a geometrická kontrola
• Povrchová kontrola — kontrola povrchových vad
• Kontrola montáže — kontrola montáže a zabezpečení proti chybám
• Vnitřní kontrola — kontrola vnitřních otvorů a vnitřních stěn
• Kontrola nátěru — kontrola povrchových vad nátěru
• Algoritmus a softwarová platforma — softwarová a algoritmická řešení pro strojové vidění

Trh Povrchová kontrola série se zaměřuje na kontrolu povrchu a vzhledu v různých fázích výroby, včetně příjmové kontroly, obráběcích procesů a konečné kontroly.

Kontrola válcových bloků může být nastavena podle skutečných typů vad zadaných zákazníkem, kontrolních povrchů, modelů výrobků a taktu výroby.

9. Často kladené otázky

Otázka: Proč kontrolovat válcové bloky před obráběním místo po obrábění?

Příjmová kontrola má za cíl identifikovat vady vzniklé litím nebo předchozími procesy ještě před tím, než jsou spotřebovány další výrobní zdroje.

Pokud je na vstupu do obráběcí linky zjištěn nesprávný vzor děr nebo zřejmá povrchová vada, součást lze přesměrovat na opravu nebo odmítnutí ještě před tím, než vstoupí do následujících operací.

Otázka: Jak lze rozlišit černé kovové třísky od tmavých obráběcích struktur?

Systém dokáže vyhodnotit více obrazových charakteristik, včetně tvaru, velikosti, okrajových vlastností, polohy a kontrastu.

Rozlišení se však stává obtížnější, pokud jsou kovové třísky smíšené s olejem nebo pokud má samotný obráběný povrch silnou texturu.

Proto je testování pomocí reprezentativních výrobních vzorků důležitou součástí ověřování systému.

Otázka: Je konfigurace uživatelem definované kontrolovací oblasti obtížná na ovládání?

Kontrolovací oblast je definována prostřednictvím rozhraní softwaru pro strojové vidění a obvykle lze uložit jako součást odpovídajícího programu pro výrobek.

U malého počtu modelů výrobků mohou operátoři tuto konfiguraci spravovat po absolvování školení. U rozsáhlejších projektů s více modely lze kontrolovací programy připravit a ověřit dodavatelem systému během uvádění do provozu.

Otázka: Může tentýž systém kontrolovat hlavy válců nebo jiné komponenty?

Systém lze navrhnout tak, aby umožňoval rychlé přepínání mezi modely a automatické učení dráhy robota.

Kompatibilita však závisí na skutečných rozměrech, kontrolních površích, metodě polohování, zorném poli kamery, dosahu robota a požadavcích na kontrolu.

Seznam výrobků a vzorové díly je proto třeba posoudit, než se potvrdí, zda různé komponenty mohou sdílet stejný systém pro kontrolu.

Závěr

Automatická kontrola povrchu válcového bloku není pouze otázkou umístění kamery nad obrobkem.

U složitých komponent může spolehlivá kontrola vyžadovat více kamer, robotické umístění kamer, pohyb rotačního stolu, inspekční programy specifické pro daný výrobek a vizuální algoritmy specifické pro danou aplikaci .

U kontroly přicházejících válcových bloků lze kombinovaným systémem řešit tři důležitá rizika kvality:

Chyby polohy děr → Poškrábání povrchu a nárazové stopy → Kontaminace černými kovovými třískami

Posunutím kontroly směrem ke zdroji mohou výrobci identifikovat příchozí vady dříve, než spotřebují kapacitu obrábění a prostředky výroby v následných etapách.

Nejdůležitějším krokem před výběrem zařízení je proto nevýběr kamery – je to definování co je třeba detekovat, kde se chyba vyskytuje, jak velká je, jak se obrobek pohybuje a jaký takt výroby je třeba dosáhnout.

Big Bird Industrial / CN ISEE může vyvinout přizpůsobené konfigurace průmyslového vidění pro kontrolu na základě těchto požadavků aplikace, včetně systémů kamer, robotické kontroly, rotačního polohování a softwaru pro kontrolu specifickou pro daný výrobek.