Visionbaseret Poka-Yoke-system til slutkontrol af motor- og gearkassemonteringer: Automatisk registrering af manglende og forkert monterede komponenter

Oversigt

Manglende eller forkert monterede komponenter er blandt de sværeste monteringsfejl at identificere manuelt ved slutningen af en automobilproduktionslinje.

For dieselmotorer, benzinmotorer, gearkasser og andre automobilmonteringer kan et visionbaseret slutkontrol-Poka-Yoke-system automatisk inspicere kritiske komponenter såsom skruer, fladremme, typeskilte, certifikater, ventilatorer og filtre .

Ved at kombinere kædeplade-baseret transport, industrielle kameraer, robotbaseret inspektion, kode-læsning og billedebaseret verifikation udgør systemet et online-kvalitetscheckpoint, inden den færdigmonterede enhed forlader produktionslinjen.

Det beskrevne system understøtter en produktionstakt på 70 sekunder og en offentligt specificeret nøjagtighedsrate på 99 % , med billedbevaring, sporbarehed og analyse af manglende/forkerte monteringsdata.

1. Hvorfor manglende eller forkert montering udgør en kritisk risiko ved slutkontrollen

Monteringsfejl adskiller sig fra konventionelle dimensionelle fejl.

En dimensionel afvigelse kan ofte identificeres ved hjælp af en måleindretning eller et målesystem. Monteringsfejl kræver derimod muligvis verifikation af, om en komponent faktisk er til stede, korrekt placeret eller korrekt konfigureret.

På en motor- eller gearkassemonteringslinje skal operatører muligvis bekræfte:

• Om skruer er monteret
• Om der er monteret en korrekt justeret kilerem
• Om typeskiltet er til stede
• Om certifikatet er vedhæftet
• Om ventilatoren er monteret
• Om filteret er monteret
• Om andre specificerede komponenter er til stede og korrekt placeret

Når produktionscyklustiden er kort, og antallet af komponenter er stort, skaber udelukkende manuel visuel inspektion en betydelig gentagelsesbyrde for inspektionen.

Hvorfor slutinspektion er vigtig

Hvis en manglende eller forkert monteret komponent ikke identificeres, inden samlingen forlader linjen, kan problemet måske først blive tydeligt under efterfølgende samling, køretøjstest eller service i felten.

En automatiseret slutinspektionsstation giver et endeligt verifikationspunkt:

Montage → Synsinspektion → OK / NG-resultat → Sporbarhed → Godkendelse eller omformning

Målet er ikke blot at erstatte operatører. I stedet giver systemet en konsekvent, automatiseret kontrol af definerede inspektionspunkter og opretter en registrering af monteringsens tilstand ved produktionslinjens afslutning.

2. Udstyrsopsætning: Kædepladekonvejer + robotbaseret synsinspektion

Det beskrevne slutinspektionssystem bruger en kædepladekonvejer og robotbaseret synsinspektionsopsætning .

Afhængigt af monteringsstrukturen og fordelingen af inspektionspunkter kan systemet bruge enten én enkelt robot eller flere robotter.

Kædepladekonvejer

Kædepladekonvejeren transporterer motormontagen eller gearkassemonteringen gennem inspektionsstationen.

Transportsystemet sikrer en defineret inspektionsposition og integrerer inspektionsprocessen i produktionslinjen.

Robotbaseret kamerainspektion

Robotter bærer eller justerer inspektionskameraerne rundt om monteringen.

Dette er vigtigt, fordi bilers drivakselsmonteringer har komplekse tredimensionale geometrier. Inspektionspunkter kan være fordelt over:

• Øverste overflader
• Sider
• For- og bagsider
• Endeflader
• Indsunkne områder
• Andre komponent-specifikke placeringer

En robotkonfiguration giver inspektionssystemet mulighed for at nå forskellige betragtningspositioner uden at kræve et stort antal fastmonterede kameraer.

3. Hvad kan systemet inspicere?

Systemet kan konfigureres til at registrere manglende eller forkert monterede komponenter i henhold til kundens inspektionskrav.

Typiske inspektionsobjekter omfatter:

Bolte

Systemet kan verificere, om de specificerede boltplaceringer indeholder de forventede komponenter.

Om inspektionen kun skal afgøre tilstede eller også vurdere stramningsposition, orientering eller andre egenskaber skal defineres under projektspecifikationen.

Serpentinebælter

For motorer udstyret med kileremme kan maskinvision verificere, om remmen er til stede, og om dens synlige rute svarer til den definerede inspektionsbetingelse.

Navneskilte og certifikater

Systemet kan verificere tilstedeværelsen og placeringen af identifikationsrelaterede komponenter.

Funktioner til aflæsning af koder kan også integreres, når produktidentifikation eller sporbarehed kræves.

Ventilatorer og filtre

Visionssystemet kan verificere tilstedeværelsen og den synlige monteringsstatus af specificerede komponenter.

De faktiske inspektionskriterier afhænger af komponentens geometri og af, om den relevante egenskab forbliver synlig efter montering.

4. Ud over OK/NG: Kodelæsning og billede-sporbarhed

En af de vigtige funktioner ved et end-of-line-visionssystem er, at det gør mere end blot at udgive et OK- eller NG-resultat.

Det beskrevne system kan integrere:

• Kodelæsning
• Maskinsejlskab-inspektion
• Optagelse af samlede assemblies billeder
• Manuel genundersøgelse
• Sporbarhed
• Analyse af manglende/forkert monteringsdata

Overordnet billedebevaring

Det komplette monteringsbillede kan bevares som en del af inspektionsprotokollen.

Dette giver en vigtig sporbarehedsfunktion.

Hvis et kvalitetsproblem identificeres senere i efterfølgende montering eller efter levering, kan producenten hente det registrerede billede og kontrollere monteringsforholdene på det tidspunkt, hvor det forlod produktionslinjen.

Dette kan hjælpe med at afgøre, om fejlen allerede var synlig ved slutinspektionen eller om den muligvis opstod under en efterfølgende proces.

5. Tekniske specifikationer

Følgende specifikationer er baseret på offentligt tilgængelig produktinformation for det beskrevne tilpassede system.

Vare	Specifikation
Udstyrstype	Kædepladekonvejer + robotbaseret visioninspektion
Ansøgning	Kommersielle køretøjer, personbiler og applikationer relateret til nye energikøretøjer
Arbejdsemner	Dieselmotormonteringer, benzinmotormonteringer, gearkassemonteringer
Udstyrsdimensioner	Ca. 11,23 × 5,04 × 3,14 m
Konfiguration	Enkelt robot- eller flere robot-systemer
Produktionscyklustid	70 sekunder, kan tilpasses efter arbejdsemnet
Offentligt specificeret nøjagtighed	99%
Industrielt kamera	20 MP
Belysning	Stor lyskilde med høj lysstyrke + stænger med høj lysstyrke
Robotmuligheder	FANUC, ABB, KUKA, Yaskawa, SIASUN, ELITE og andre
Kontrolsystem	Siemens, Mitsubishi, Advantech industri computer
Inspektionsfunktioner	Kodelæsning, komponentinspektion, fuld billedoptagelse, manuel geninspektion, sporbarehed og dataanalyse
Udstyrsdesign	Tilpasset / ikke-standard

Den faktiske konfiguration af kamera, belysning, robot og software skal vælges i henhold til monteringsstrukturen og inspektionskravene.

6. Vigtige overvejelser ved valg

6.1 Definer hver enkelt inspektionsopgave, inden systemet designes

"Kontroller, om bolten er monteret" og "kontroller, om bolten er korrekt strammet" er to forskellige inspektionskrav.

Tilsvarende:

• Er remmen til stede?
• Er remmen korrekt monteret?
• Er typeskiltet til stede?
• Er identifikationskoden læselig?
• Er et rør tilsluttet?
• Er røret forbundet i den korrekte retning?

Disse krav kan kræve forskellige billeddanningsmetoder og inspektionslogik.

Derfor bør det første trin være at oprette en komplet inspektionspunktliste og definere acceptkriterierne for hvert enkelt punkt.

6.2 Robotantal afhænger af fordelingen af inspektionspunkter

En komplet motor- eller gearkassemontering har inspektionspunkter fordelt over flere overflader.

Én enkelt robot kan være tilstrækkelig for nogle konfigurationer, mens flere robotter måske kræves, når:

• Inspektionspunkterne er bredt fordelt
• Flere betragtningsvinkler kræves
• Visse områder er svære at nå
• Produktionshastigheden er stram
• Parallel billedoptagelse er påkrævet

Robotantallet skal derfor fastlægges ud fra det faktiske inspektionspunkt-kort i stedet for blot ud fra det samlede værkdelsstørrelse.

6.3 Billedeopbevaringskrav skal defineres tidligt

Opbevaring af billeder fra samleprocessen kan give værdifuld sporbarthed, men skaber også krav til datalagringskapacitet.

Før idriftsættelse skal projektet definere:

• Hvilke billeder der skal opbevares
• Billedopløsning
• Filformat
• Opbevaringsperiode
• Antal samlinger produceret pr. dag
• Opbevaringskapacitet
• Metode til datahentning

Disse krav bør helst inkluderes i den tekniske specifikation før udstyrets levering.

6.4 Offentlige nøjagtighedsspecifikationer skal valideres ud fra faktiske prøver

Den offentligt angivne systemspecifikation angiver en nøjagtighed på 99%.

Dette tal skal forstås som en produktmæssig, offentlig specifikation snarere end en universel garanti for hver enkelt inspektionsapplikation.

Den faktiske ydeevne afhænger af faktorer såsom:

• Komponentens synlighed
• Kameraoppløsning
• Belysning
• Overfladetilstand
• Overskygning
• Produktvariation
• Inspektionsalgoritme
• Prøvekvalitet
• Definerede acceptkriterier

For sikkerhedskritiske eller højt betydningsfulde inspektionspunkter skal acceptkriterierne derfor defineres og valideres separat ved hjælp af repræsentative produktionsprøver.

7. Hvad sker der, når systemet ikke kan træffe en entydig beslutning?

Intet maskinvisionssystem bør udformes ud fra antagelsen om, at hver enkelt afbilledning altid vil kunne klassificeres perfekt.

I reelle produktionsmiljøer kan komponenter være delvist blokerede, belysningen kan variere, overflader kan reflektere lys, eller et inspektionsmærke kan simpelthen ikke være synligt fra den tilgængelige vinkel.

Et praktisk system kan derfor inkludere en manuel geninspektionsproces til definerede usikre eller ikke-overensstemmende tilfælde.

Arbejdsgangen kan være:

Automatisk inspektion → Entydig OK → Godkendelse

Automatisk inspektion → Entydig NG → Omformning / Afvisning

Automatisk inspektion → Usikkert resultat → Manuel geninspektion

Denne fremgangsmåde gør det muligt at automatisere gentagne inspektioner, samtidig med at der opretholdes en kontrolleret metode til undtagelsestilfælde.

8. Produktion af flere modeller og produktomskiftning

Bilfabrikker producerer ofte flere motor- eller gearkassemodeller på samme produktionslinje.

Et visionssystem ved linjens ende kan integrere kode-læsning og produktprogram-skift, så det relevante inspektionsprogram vælges ud fra den identificerede model.

En typisk proces er:

Produktidentifikation → Programvalg → Robotstiforvalg → Modelspecifik inspektion → Resultatoptagelse

Forskellige modeller kan dog adskille sig væsentligt i:

• Samlede dimensioner
• Komponentplaceringer
• Inspektionspunkter
• Kamerapositioner
• Robotstier
• Acceptanskriterier

Derfor bør den komplette produktliste vurderes, inden flermodulkompatibilitet bekræftes.

9. Funktioner til visuel inspektion hos Big Bird Industrial / CN ISEE

Big Bird Industrial, tidligere Harbin Shimada Big Bird Industrial, udbyder integrerede industrielle rengørings- og maskinsejløsninger til bilindustrien og præcisionsfremstilling.

Dets specialiserede maskinsej-virksomhed, CN ISEE , dækker seks store løsningsområder:

• Orient See — dimensionel og geometrisk inspektion
• Surface See — inspektion af overfladedefekter
• Assembly See — samlingstilsyn og fejlforebyggelse
• Inner See — inspektion af indre huller og indre vægge
• Paint See — inspektion af malingsoverfladefejl
• Algoritme- og softwareplatform — software- og algoritmeløsninger inden for maskinvision

Markedet Assembly See serien fokuserer på verifikation af samlinger og fejlforebyggelse, herunder slutinspektion af motorer, gearkasser og andre bilrelaterede samlinger.

Afhængigt af projektet kan systemet kombinere maskinvision, kode-læsning, robotinspektion, billedlagring, manuel geninspektion og sporbarehed.

10. Ofte stillede spørgsmål

Q: Hvad sker der, når den offentliggjorte nøjagtighed er 99 %? Og hvad med de resterende tilfælde?

Den offentliggjorte figur på 99 % bør ikke fortolkes således, at alle mulige inspektionsforhold vil opnå præcis samme resultat.

Usikre tilfælde kan skyldes afskærmning, belysningsforhold, komponentvariationer eller træk, der ikke er tilstrækkeligt synlige.

Et praktisk system kan derfor omfatte manuel geninspektion af definerede usikre tilfælde, mens indsamlede prøver kan bruges til at forbedre inspektionsparametre og algoritmer.

Spørgsmål: Hvorfor ville flere robotter være nødvendige?

Bilmonteringer er tredimensionale, og inspektionspunkter kan være fordelt over flere retninger.

Flere robotter kan dele inspektionsarbejdsbyrden efter visningsområde eller inspektionsgruppe, hvilket kan hjælpe med at reducere robotternes bevægelser og opretholde mere konsekvente billedoptagelsesforhold.

Den endelige robotkonfiguration skal fastlægges ud fra fordelingen af inspektionspunkter og den krævede produktions-takt.

Spørgsmål: Hvad er den praktiske værdi af at bevare et samlet billede af monteringen?

Det samlede billede giver en original visuel optagelse af monteringsens tilstand ved slutkontrolpunktet.

Hvis et kvalitetsproblem identificeres senere, kan producenten hente den tilsvarende optagelse og gennemgå monteringsens tilstand på tidspunktet for kontrol.

Dette kan understøtte sporbarthed, kvalitetsanalyse og procesforbedring.

Sp: Kan systemet inspicere forskellige motor modeller?

Ja, systemet kan udformes til produktidentifikation og skift mellem flere modeller.

Den faktiske kompatibilitet afhænger dog af forskelle i monteringsdimensioner, komponentplaceringer, inspektionskrav og robotbaner.

En komplet liste over motor- og gearkassemodeller skal derfor fremlægges under systemdesign, så de krævede inspektionsprogrammer og robotkonfigurationer kan vurderes.

Konklusion

Et vision-baseret poka-yoke-system ved slutkontrolpunkterne udgør et automatiseret kvalitetscheckpoint for komplekse bilmonteringer.

For motorer og gearkasser kan systemet kombinere:

Kode-læsning + robotisk syn + komponentverifikation + samlet billedbevaring + manuel gen-inspektion + sporbarehed

Nøglen til et vellykket system er ikke blot at vælge en kamera med høj opløsning. Inspektionskravene skal først oversættes til tydeligt definerede inspektionspunkter, acceptkriterier, kamerapositioner, robotbaner, belysningsforhold og krav til databevaring .

Med den passende konfiguration kan automatisk synsinspektion sikre en konsekvent endelig verifikationsfase, inden en motor- eller gearkassemontage forlader produktionslinjen.

Big Bird Industrial / CN ISEE kan udvikle tilpassede machine vision-systemer til slut-inspektion samt systemer til fejlforebyggelse ved montage i henhold til værktøjsstykkestruktur, inspektionspunkter, produktvariation og produktionshastighed.