Έλεγχος ελαττωμάτων επιφάνειας του άξονα κίνησης: Οπτικός έλεγχος πλήρους κάλυψης των κύριων και των μπιέλας διαύλων με ανίχνευση με βοροσκόπιο

Επισκόπηση

Οι εκκεντροφόροι άξονες είναι πολύπλοκα περιστρεφόμενα εξαρτήματα με πολλούς άξονες (journals), αντίβαρα, περιοχές φλάντζας, εγκοπές κλειδιών (keyways) και εσωτερικές οπές. Ένα αξιόπιστο σύστημα ελέγχου πρέπει συνεπώς να καλύπτει όχι μόνο ορατά επιφανειακά ελαττώματα, αλλά και βαθιές ή εσωτερικές περιοχές που δεν μπορούν να ελεγχθούν αποτελεσματικά με συμβατικές εξωτερικές κάμερες.

Η λύση εξέτασης του στροφαλοshaft της Big Bird Industrial συνδυάζει πολλαπλές κάμερες επιφανειακής σάρωσης, προσαρμοσμένα βορεσκόπια, ρομποτική θέση, μηχανική όραση με βάση τη βαθιά μάθηση και εντοπισμό κώδικα. Το σύστημα σχεδιάστηκε για την εξέταση επιφανειακών ελαττωμάτων του στροφαλοshaft, την επαλήθευση της διέλευσης των οπών ελαφρύνσεως των αντιβαρών, την ανίχνευση ξένων αντικειμένων εντός των κεντρικών οπών και την ανάγνωση των κωδικών ταυτοποίησης του προϊόντος.

Για την αναφερόμενη εφαρμογή, ο δημοσιευμένος κύκλος εξέτασης είναι 48 δευτερόλεπτα, ενώ ο πραγματικός χρόνος takt μπορεί να ρυθμιστεί σύμφωνα με το εξεταζόμενο αντικείμενο και τις απαιτήσεις εξέτασης.

1. Γιατί η εξέταση του στροφαλοshaft είναι δύσκολη

Ο στροφαλοshaft είναι ένα βασικό στοιχείο του συστήματος κίνησης που μετατρέπει την επαναλαμβανόμενη κινητική κίνηση του εμβόλου σε περιστροφική έξοδο. Η γεωμετρία του είναι εξαιρετικά τρισδιάστατη, με κύρια άξονα και άξονες ράβδου που κατανέμονται κατά μήκος του άξονα και συνδέονται μέσω των κρανκ-πλακών και των αντιβαρών.

Ανάλογα με τον σχεδιασμό του στροφαλοshaft, η εξέταση μπορεί να καλύπτει:

• Κύρια άξονα
• Άξονες ράβδου
• Μακρύς άξονες
• Άξονες φλάντζας
• Επιφάνειες φλάντζας
• Κανάλια
• Κεντρικές οπές
• Οπές ελάφρυνσης αντιβαρών
• Μικρές επιφάνειες άκρων

Παρόλο που πολλές από αυτές τις περιοχές έχουν παρόμοιες μεταλλικές επιφάνειες, οι δυνητικές ατέλειες μπορούν να διαφέρουν σημαντικά. Τυπικοί στόχοι εξέτασης περιλαμβάνουν:

• Σημάδια κρούσης
• Σχίσματα
• Μάκια
• Σημάδια τριβής
• ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
• Σχίσματα
• Μαύρη λεπτή επίστρωση ή περιοχές με μαύρο φινίρισμα
• Έλλειψη Υλικών
• Ρύπανση από λάδι ή νερό

Η πρόκληση γίνεται μεγαλύτερη επειδή ο στροφαλοφόρος άξονας είναι περιστρεφόμενο εξάρτημα με πολλές γωνίες εξέτασης. Ένα συμβατικό σταθερό σταθμός με κάμερα ενδέχεται να μην παρέχει επαρκή κάλυψη όλων των απαιτούμενων επιφανειών. Το σύστημα εξέτασης χρειάζεται συντονισμένη κίνηση και απόκτηση εικόνων από πολλαπλές γωνίες.

Διείσδυση από την πλευρά των οπών ελάφρυνσης αντιβαρών

Ένα ιδιαίτερα σημαντικό αντικείμενο εξέτασης είναι η διείσδυση από την πλευρά των οπών ελάφρυνσης αντιβαρών.

Τα οπές ελάφρυνσης κατασκευάζονται με μηχανική κατεργασία για να ρυθμίσουν την ισορροπία του στροφαλοφόρου άξονα και να μειώσουν περιττή μάζα. Εάν μία οπή διαπεράσει σε γειτονική επιφάνεια ή τοίχωμα, μπορεί να επηρεάσει την τοπική δομική ακεραιότητα και να δημιουργήσει περιοχή συγκέντρωσης τάσεων.

Επειδή αυτό το ελάττωμα μπορεί να είναι δύσκολο να εντοπιστεί από εξωτερική προοπτική, η επιθεώρηση από το εσωτερικό της οπής με εξειδικευμένο βοροσκόπιο προσφέρει πιο κατάλληλη μέθοδο ανίχνευσης.

2. Λύση Επιθεώρησης: Πολυκάμερα Όραση + Εξειδικευμένα Βοροσκόπια

Το σύστημα επιθεώρησης του στροφαλοφόρου άξονα χρησιμοποιεί πολλαπλές μεθόδους απεικόνισης για να αντιμετωπίσει τόσο τις εξωτερικές επιφάνειες όσο και τις δύσκολα προσβάσιμες εσωτερικές περιοχές.

Το δημοσιευμένο εύρος επιθεώρησης περιλαμβάνει:

Ακεραιότητα Κωδικού QR

Το σύστημα ελέγχει εάν ο κωδικός QR του στροφαλοφόρου άξονα είναι πλήρης και αναγνώσιμος, παρέχοντας βάση για ταυτοποίηση του προϊόντος και επακόλουθη εντοπισιμότητα.

Διείσδυση από την πλευρά των οπών ελάφρυνσης αντιβαρών

Χρησιμοποιούνται εξειδικευμένα βοροσκόπια για να επιθεωρηθεί η εσωτερική γεωμετρία των οπών ελάφρυνσης και να εντοπιστεί ανώμαλη διάτρηση σε γειτονικές περιοχές.

Ανίχνευση Ξένων Αντικειμένων στην Κεντρική Οπή

Η εσωτερική κατάσταση της κεντρικής οπής του εκκεντροφόρου άξονα μπορεί να ελεγχθεί για ξένα αντικείμενα ή μόλυνση που ενδεχομένως δεν είναι ορατά από εξωτερική κάμερα.

Έλεγχος ελαττωμάτων στο μικρό άκρο

Τα μικρά άκρα των μακρών κοχλιών μπορούν να ελεγχθούν για:

• Σημάδια κρούσης
• Σχίσματα
• Μάκια
• Ξεχυμένο
• ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
• Σχίσματα
• Μαύρη λεπτή υπόστρωση
• Έλλειψη Υλικών
• Μόλυνση από λάδι και νερό

Έλεγχος φλάντζας

Η περιοχή της φλάντζας μπορεί επίσης να συμπεριληφθεί στο πρόγραμμα οπτικού ελέγχου για τον εντοπισμό καθορισμένων επιφανειακών ελαττωμάτων.

Έλεγχος κοχλιών και αυλακιών κλειδιού

Το σύστημα μπορεί να ελέγχει τις επιφάνειες των:

• Κύρια άξονα
• Άξονες ράβδου
• Μακρύς άξονες
• Άξονες φλάντζας
• Κανάλια

Αυτή η πολυπεριοχική προσέγγιση επιτρέπει τη ρύθμιση του προγράμματος ελέγχου σύμφωνα με την πραγματική γεωμετρία του εκκεντροφόρου άξονα και τα κριτήρια αποδοχής που ορίζει ο πελάτης.

3. Κάμερα και διαμόρφωση υλικού

Το αναφερόμενο σύστημα χρησιμοποιεί συνδυασμό καμερών επιφανειακής σάρωσης υψηλής ανάλυσης και προσαρμοσμένων βοροσκοπίων.

Σύστημα Εικόνας

• κάμερες επιφανειακής σάρωσης 5 MP: 2 μονάδες
• κάμερες επιφανειακής σάρωσης 20 MP: 12 μονάδες
• Προσαρμοσμένα βοροσκόπια: 3 σετ
• Πηγές φωτός μεγάλης επιφάνειας: 1 σετ
• Ράβδοι φωτισμού: 2 σετ

Οι εξωτερικές κάμερες παρέχουν απεικόνιση υψηλής ανάλυσης των ορατών επιφανειών του άξονα καμπίλας, ενώ τα βοροσκόπια επεκτείνουν τη δυνατότητα επιθεώρησης σε περιοχές όπως τα κεντρικά οπές και τα οπές ελάφρυνσης.

Όραση και έλεγχος

Το σύστημα ενσωματώνει:

• Ανάγνωση QR/κωδίκων
• Ελεγχός Οπτικής Μηχανής
• Αλγόριθμοι εμβάθυνσης μάθησης
• Ελεγξιμότητα των ελέγχων
• Ανάλυση δεδομένων επιθεώρησης
• Περιοχές επιθεώρησης που ορίζει ο χρήστης
• Απομακρυσμένη παρακολούθηση επιθεώρησης

Το σύστημα ελέγχου χρησιμοποιεί δύο βιομηχανικούς υπολογιστές της Advantech (AAEON), σύμφωνα με τη δημοσιευμένη διαμόρφωση εξοπλισμού.

Ρομποτική Τοποθέτηση

Οι διαμορφώσεις συνεργατικών ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιούν εμπορικές μάρκες, συμπεριλαμβανομένων:

• Elite Robots
• SIASUN
• Han's Robot
• JAKA

Ο ρομπότ μετακινεί το σύστημα απεικόνισης ή συντονίζει τη θέση επιθεώρησης σύμφωνα με την προγραμματισμένη διαδρομή επιθεώρησης.

4. Τεχνικές Προδιαγραφές

Οι ακόλουθες προδιαγραφές βασίζονται σε δημοσιευμένες πληροφορίες για το αναφερόμενο σύστημα επιθεώρησης.

Ο κύκλος των 48 δευτερολέπτων είναι μια δημοσιευμένη τιμή εφαρμογής, όχι δεσμευτική εγγύηση κύκλου χρόνου για όλες τις περιπτώσεις. Ο πραγματικός χρόνος κύκλου πρέπει να υπολογίζεται βάσει της γεωμετρίας του εκκεντροφόρου άξονα, του αριθμού των σημείων ελέγχου, της διαμόρφωσης των καμερών, της διαδρομής του ρομπότ και των απαιτούμενων κριτηρίων ελέγχου.

5. Βασικές πτυχές που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή συστήματος οπτικού ελέγχου εκκεντροφόρων αξόνων

5.1 Καθορισμός των στοιχείων ελέγχου ανά τοποθεσία

Οι εκκεντροφόροι άξονες περιλαμβάνουν πολλές περιοχές ελέγχου, και διαφορετικές περιοχές μπορεί να έχουν διαφορετικά κριτήρια εντοπισμού ελαττωμάτων.

Πριν από το σχεδιασμό του εξοπλισμού, η προδιαγραφή ελέγχου πρέπει να ορίζει σαφώς:

• Ποιες επιφάνειες πρέπει να ελεγχθούν
• Ποιοι τύποι ελαττωμάτων πρέπει να ανιχνευθούν
• Αποδεκτές και μη αποδεκτές συνθήκες
• Απαιτούμενη ανάλυση εικόνας
• Εάν απαιτείται επακόλουθη ανιχνευσιμότητα

Αυτό μειώνει τις επαναλαμβανόμενες ρυθμίσεις του αλγορίθμου κατά την εκκίνηση.

5.2 Αξιολόγηση της προσβασιμότητας βαθιών οπών

Για την εξέταση ξένων αντικειμένων στην κεντρική οπή και την εξέταση διαπέρασης από την πλευρά των οπών ελαφρύνσεως, το κύριο ερώτημα δεν είναι απλώς η ανάλυση της κάμερας.

Το έργο πρέπει να αξιολογήσει:

• Διαμέτρου τρύπας
• Βάθος Τρύπας
• Εσωτερική γεωμετρία
• Προσβασιμότητα με βοροσκόπιο
• Απαιτούμενη γωνία προβολής
• Συνθήκες φωτισμού

Μπορεί να απαιτείται μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση βορεσκοπίου όταν η περιοχή επιθεώρησης δεν μπορεί να παρατηρηθεί απευθείας από εξωτερική κάμερα.

5.3 Αντιμετώπιση της ανάγνωσης κωδίκων ως ξεχωριστού δείκτη απόδοσης

Η επιθεώρηση QR-code συνδέεται άμεσα με την εντοπισιμότητα του προϊόντος.

Επομένως, η ανάγνωση κωδίκων πρέπει να επικυρωθεί ανεξάρτητα από την ανίχνευση ελαττωμάτων, συμπεριλαμβανομένων:

• Ποσοστού επιτυχίας ανάγνωσης
• Τοποθεσία κωδικού
• Κατάσταση Επιφάνειας
• Αντιθέτως
• Ποιότητας της σήμανσης
• Σχέσης μεταξύ δεδομένων κωδικού και αποτελεσμάτων επιθεώρησης

5.4 Επικύρωση του ρυθμού 48 δευτερολέπτων

Η επιθεώρηση πολλών περιοχών μέσα σε έναν κύκλο απαιτεί παράλληλη απόκτηση εικόνας και βελτιστοποιημένη κίνηση ρομπότ.

Κατά την ολοκλήρωση του συστήματος, ο υπολογισμός του χρόνου κύκλου πρέπει να περιλαμβάνει:

1. Φόρτωση τεμαχίων εργασίας
2. Τοποθέτηση
3. Κίνηση ρομπότ
4. Απόκτηση εικόνας
5. Επεξεργασία αλγορίθμου
6. Ανάγνωση κωδίκων
7. Έξοδος αποτελέσματος
8. Αποφόρτωση τεμαχίου εργασίας

Ο δημοσιευμένος κύκλος των 48 δευτερολέπτων πρέπει συνεπώς να θεωρείται αναφορά για μία συγκεκριμένη εφαρμογή, και όχι σταθερή τιμή για κάθε εγκάρσιο άξονα.

6. Οπτική με βάση τη βαθιά μάθηση για πολλαπλούς τύπους ελαττωμάτων εγκάρσιου άξονα

Η επιθεώρηση εγκάρσιου άξονα περιλαμβάνει κατηγορίες ελαττωμάτων με σημαντικά διαφορετικά οπτικά χαρακτηριστικά. Μία μόνη συμβατική μέθοδος επεξεργασίας εικόνας με βάση κανόνες ενδέχεται να μην είναι επαρκής για κάθε αντικείμενο επιθεώρησης.

Η αναφερόμενη λύση χρησιμοποιεί οπτική μηχανής με βάση τη βαθιά μάθηση, σε συνδυασμό με περιοχές επιθεώρησης που ορίζονται σύμφωνα με διαφορετικές περιοχές του εγκάρσιου άξονα.

Για πρακτικά έργα, η διαθεσιμότητα επαρκούς αριθμού δειγμάτων ελαττωμάτων είναι σημαντική τόσο για την εκπαίδευση όσο και για την επικύρωση.

Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για ελαττώματα όπως:

• ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
• Μαύρη λεπτή υπόστρωση
• Γρατζουνιές στην επιφάνεια
• Σημάδια κρούσης
• Ξεχυμένο
• Έλλειψη Υλικών

Η προετοιμασία των δειγμάτων είναι συχνά ένα από τα σημαντικότερα στάδια ενός έργου μηχανικής όρασης. Το σύστημα χρειάζεται αντιπροσωπευτικά δείγματα τόσο των καλών προϊόντων όσο και διαφόρων τύπων ελαττωματικών συνθηκών για να καθορίσει αξιόπιστα κριτήρια επιθεώρησης.

7. Οι δυνατότητες επιθεώρησης μηχανικής όρασης της Big Bird Industrial

Η Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), πρώην Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., παρέχει ολοκληρωμένες λύσεις που καλύπτουν τον ακριβή βιομηχανικό καθαρισμό και την επιθεώρηση με μηχανική όραση για εφαρμογές στον αυτοκινητοβιομηχανικό τομέα και στην ακριβή βιομηχανική παραγωγή.

Το επιχειρηματικό τμήμα μηχανικής όρασης της εταιρείας οργανώνεται γύρω από εξειδικευμένους τομείς επιθεώρησης, συμπεριλαμβανομένων:

• Orient See — εξέταση διαστάσεων και γεωμετρίας
• Surface See — εξέταση επιφανειακών ελαττωμάτων
• Assembly See — εξέταση συναρμολόγησης και poka-yoke
• Inner See — εξέταση εσωτερικών οπών και εσωτερικών τοιχωμάτων
• Paint See — εξέταση ελαττωμάτων επιφανειών βαφής
• Algorithm & Software Platform — αλγόριθμοι όρασης και λογισμικά συστήματα

Για εφαρμογές στον εκκεντροφόρο άξονα, το Surface See μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξέταση εξωτερικών επιφανειακών ελαττωμάτων, ενώ το Inner See μπορεί να εφαρμοστεί για απαιτήσεις εξέτασης που αφορούν εσωτερικές οπές και περιοχές που είναι δύσκολο να προσπεραστούν.

Αυτός ο συνδυασμός επιτρέπει την ενσωμάτωση διαφορετικών τεχνολογιών εξέτασης σύμφωνα με τη γεωμετρία και τις απαιτήσεις ποιότητας του συστατικού του συστήματος κίνησης.

Συχνές Ερωτήσεις

Γιατί πρέπει να εντοπίζεται η διάτρηση από την πλευρά της οπής ελαφρύνσεως του αντιβάρου;

Οι οπές ελαφρύνσεως χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση της ισορροπίας του εκκεντροφόρου άξονα και τη μείωση περιττής μάζας. Εάν η κατεργασία προκαλέσει τη διάτρηση μιας οπής σε γειτονικό τοίχωμα ή επιφάνεια, η τοπική δομή μπορεί να επηρεαστεί και η περιοχή μπορεί να αποτελέσει δυνητικό σημείο συγκέντρωσης τάσεων.

Επειδή το ελάττωμα ενδέχεται να μην είναι ορατό από το εξωτερικό της οπής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας ενδοσκόπιος για την εξέταση της εσωτερικής περιοχής.

Μπορεί ένας αλγόριθμος όρασης να εντοπίζει όλους τους τύπους επιφανειακών ελαττωμάτων του εκκεντροφόρου άξονα;

Όχι απαραίτητα.

Οι ελαττώματα του στροφαλοφόρου άξονα μπορούν να διαφέρουν σημαντικά ως προς το σχήμα, την υφή, την αντίθεση και τη θέση. Οι αλγόριθμοι εμβάθυνσης μάθησης (deep learning) μπορούν να ρυθμιστούν για διαφορετικές κατηγορίες ελαττωμάτων και περιοχές επιθεώρησης, αλλά η αξιόπιστη απόδοση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από εκπροσωπητικά δείγματα εκπαίδευσης και επικύρωσης.

Ελαττώματα όπως οι εγκλείσεις και η μαύρη λεπτή επίστρωση (black scale) μπορεί να εξαρτώνται ιδιαίτερα από τα χαρακτηριστικά του υλικού και της επιφάνειας, καθιστώντας τη συλλογή δειγμάτων σημαντικό τμήμα του έργου.

Μπορούν πραγματικά 48 δευτερόλεπτα να καλύψουν τόσες πολλές περιοχές επιθεώρησης;

Το αναφερόμενο σύστημα χρησιμοποιεί πολλαπλές κάμερες που λειτουργούν παράλληλα, με διαφορετικές κάμερες να ανατίθενται σε διαφορετικές περιοχές επιθεώρησης. Η ρομποτική τοποθέτηση μπορεί επίσης να μετακινεί το σύστημα απεικόνισης στις απαιτούμενες θέσεις επιθεώρησης.

Ο δημοσιευμένος κύκλος των 48 δευτερολέπτων ισχύει για την αναφερόμενη εφαρμογή. Ο πραγματικός χρόνος takt πρέπει να υπολογιστεί βάσει του συγκεκριμένου στροφαλοφόρου άξονα, της κάλυψης επιθεώρησης, της διαδρομής του ρομπότ και των απαιτήσεων επεξεργασίας εικόνας.

Μπορεί η μόλυνση από λάδι ή νερό να ληφθεί κατά λάθος ως επιφανειακό ελάττωμα;

- Ναι, ναι.

Το λάδι και το νερό μπορούν να δημιουργήσουν ανακλάσεις, σκοτεινές περιοχές ή άλλα οπτικά μοτίβα που ενδέχεται να μοιάζουν με ορισμένες επιφανειακές ελλείψεις. Γι’ αυτόν τον λόγο, καταγράφονται ως συγκεκριμένοι στόχοι επιθεώρησης στο αναφερόμενο σύστημα.

Οι αλγόριθμοι εικόνας μπορούν να χρησιμοποιούν χαρακτηριστικά όπως το σχήμα και η τοποθεσία για να διακρίνουν διαφορετικές καταστάσεις. Ωστόσο, εάν παραμένει υπερβολική ποσότητα λαδιού ή νερού στο εξάρτημα, η προηγούμενη φάση ανεμιστήρα ή καθαρισμού μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της οπτικής παρεμβολής πριν από την επιθεώρηση.

Συμπέρασμα

Η οπτική επιθεώρηση του εκκεντροφόρου άξονα δεν αποτελεί απλώς θέμα εγκατάστασης κάμερας υψηλής ανάλυσης. Η πολύπλοκη γεωμετρία των εκκεντροφόρων αξόνων απαιτεί συνδυασμό πολυγωνικής λήψης εικόνας, ρομποτικής τοποθέτησης, προσαρμοσμένων ενδοσκοπίων, αλγορίθμων εμβάθυνσης μάθησης (deep learning) και λειτουργιών εντοπισμού καταγωγής.

Για τα εξωτερικά έδρανα, τις επιφάνειες της φλάντζας και τις εγκοπές κλειδιού, η πολυκάμερα οπτική επιθεώρηση παρέχει ευρεία κάλυψη της επιφάνειας. Για τις κεντρικές οπές και τις οπές ελαφρύνσεως των αντισταθμιστικών μαζών, η ενδοσκοπική επιθεώρηση επεκτείνει τη μηχανική όραση σε περιοχές που οι συνήθεις εξωτερικές κάμερες δεν μπορούν να παρατηρήσουν απευθείας.

Για την αναφερόμενη εφαρμογή, το σύστημα παρέχει κύκλο επιθεώρησης 48 δευτερολέπτων, με την τελική διαμόρφωση και το ρυθμό να καθορίζονται από τη συγκεκριμένη γεωμετρία του στροφαλοφόρου άξονα και τις απαιτήσεις επιθεώρησης.