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Inspección de defectos en la superficie del cigüeñal: inspección visual integral de los muñones principales y de biela con detección mediante endoscopio
Resumen
Los cigüeñales son componentes giratorios complejos con múltiples muñones, contrapesos, zonas de brida, ranuras para chavetas y orificios internos. Por tanto, un sistema de inspección fiable debe cubrir no solo defectos superficiales visibles, sino también áreas profundas o internas que no pueden inspeccionarse eficazmente mediante cámaras externas convencionales.
La solución de inspección visual del cigüeñal de Big Bird Industrial combina múltiples cámaras de escaneo de área, endoscopios personalizados, posicionamiento robótico, visión artificial basada en aprendizaje profundo y trazabilidad de códigos.
Para la aplicación referida, el ciclo de inspección publicado es de 48 segundos, siendo el tacto real configurable según la pieza de trabajo y los requisitos de inspección.
1. Por qué la inspección del cigüeñal resulta difícil
El cigüeñal es un componente fundamental del tren motriz, encargado de convertir el movimiento alternativo del pistón en una salida rotacional. Su geometría es altamente tridimensional, con muñones principales y muñones de biela distribuidos a lo largo del eje y conectados mediante brazos de cigüeñal y contrapesos.
Según el diseño del cigüeñal, la inspección puede abarcar:
- Muñones principales
- Muñones de biela
- Muñones largos
- Muñones de brida
- Superficies de brida
- Chaveteros
- Orificios centrales
- Orificios de aligeramiento de contrapeso
- Caras extremas pequeñas
Aunque muchas de estas zonas tienen superficies metálicas similares, los defectos potenciales pueden variar considerablemente. Los objetivos típicos de inspección incluyen:
- Marcas de impacto
- Rayones
- Manchas
- Marcas de abrasión
- INCLUSIONES
- Grietas
- Escamas negras o zonas con acabado negro
- Escasez de Material
- Contaminación por aceite o agua
El reto se vuelve mayor porque un cigüeñal es un componente giratorio con múltiples ángulos de inspección. Una estación convencional con cámaras fijas quizá no proporcione cobertura suficiente de todas las superficies requeridas. Por lo tanto, el sistema de inspección necesita movimiento coordinado y adquisición de imágenes desde múltiples ángulos.
Penetración lateral en los orificios de aligeramiento de contrapeso
Uno de los elementos de inspección particularmente importantes es la penetración lateral en los orificios de aligeramiento de contrapeso.
Se mecanizan orificios de aligeramiento para ajustar el equilibrio del cigüeñal y reducir masa innecesaria. Si un orificio perfora una superficie o pared adyacente, puede afectar la integridad estructural local y crear un área potencial de concentración de tensiones.
Dado que este defecto puede ser difícil de identificar desde una vista externa, la inspección desde el interior del orificio mediante un endoscopio personalizado ofrece un método de detección más adecuado.
2. Solución de inspección: Visión multicámara + endoscopios personalizados
El sistema de inspección del cigüeñal utiliza múltiples métodos de imagen para abordar tanto las superficies externas como las zonas internas de difícil acceso.
El alcance de inspección publicado incluye:
Integridad del código QR
El sistema verifica si el código QR del cigüeñal está completo y legible, lo que proporciona una base para la identificación del producto y su trazabilidad en etapas posteriores.
Penetración lateral en los orificios de aligeramiento de contrapeso
Se utilizan endoscopios personalizados para inspeccionar la geometría interna de los orificios de aligeramiento e identificar penetraciones anómalas en zonas adyacentes.
Detección de objetos extraños en el orificio central
Se puede inspeccionar el estado interno del orificio central del cigüeñal para detectar objetos extraños o contaminación que no sean visibles desde una cámara externa.
Inspección de defectos en la cara pequeña
Se pueden inspeccionar las caras pequeñas de los muñones largos para detectar:
- Marcas de impacto
- Rayones
- Manchas
- Abrasion
- INCLUSIONES
- Grietas
- Escama negra
- Escasez de Material
- Contaminación por aceite y agua
Inspección de brida
El área de la brida también se puede incluir en el programa de inspección visual para identificar defectos superficiales especificados.
Inspección de muñones y ranuras de chaveta
El sistema puede inspeccionar las superficies de:
- Muñones principales
- Muñones de biela
- Muñones largos
- Muñones de brida
- Chaveteros
Este enfoque multiárea permite configurar el programa de inspección según la geometría real del cigüeñal y los criterios de aceptación definidos por el cliente.
3. Cámara y configuración de hardware
El sistema referenciado utiliza una combinación de cámaras de escaneo de área de alta resolución y endoscopios personalizados.
Sistema de Imagen
- cámaras de escaneo de área de 5 MP: 2 unidades
- cámaras de escaneo de área de 20 MP: 12 unidades
- Endoscopios personalizados: 3 conjuntos
- Fuentes de luz de gran área: 1 conjunto
- Luces de barra: 2 conjuntos
Las cámaras externas proporcionan imágenes de alta resolución de las superficies visibles del cigüeñal, mientras que los endoscopios amplían la capacidad de inspección a zonas como los orificios centrales y los orificios de aligeramiento.
Visión y control
El sistema integra:
- Lectura de códigos QR
- Inspección de Visión Artificial
- Algoritmos de aprendizaje profundo
- Trazabilidad de las inspecciones
- Análisis de datos de inspección
- Regiones de inspección definidas por el usuario
- Visualización remota de inspecciones
El sistema de control utiliza dos PC industriales de Advantech (AAEON) según la configuración de equipos publicada.
Posicionamiento robótico
Las configuraciones de robots colaborativos pueden utilizar marcas como:
- Elite Robots
- SIASUN
- Han's Robot
- JAKA
El robot mueve el sistema de imagen o coordina la posición de inspección según la trayectoria de inspección programada.
4. Especificaciones Técnicas
Las siguientes especificaciones se basan en la información pública disponible sobre el sistema de inspección referenciado.
| Elemento | Especificación |
|---|---|
| Aplicación | Vehículos comerciales y vehículos de pasajeros, incluidos los vehículos de nueva energía (NEV) |
| Piezas de trabajo | Componentes de trenes motrices de nueva energía; componentes de trenes motrices diésel y de gasolina |
| Ciclo de inspección publicado | 48 segundos |
| cámaras de escaneo de área de 5 MP | 2 unidades |
| cámaras de escaneo de área de 20 MP | 12 unidades |
| Endoscopios personalizados | 3 conjuntos |
| Fuente de luz de gran área | 1 Conjunto |
| Luces de barra | 2 juegos |
| Pcs industriales | 2 ordenadores industriales Advantech |
| Opciones de robot | Elite, SIASUN, Han's Robot, JAKA |
| Tecnología de inspección | Visión artificial + aprendizaje profundo |
| Funciones | Lectura de códigos, inspección, trazabilidad, análisis de datos, visualización remota |
El ciclo de 48 segundos es un valor de aplicación publicado, no una garantía universal del tiempo de ciclo. El tiempo de ciclo real debe calcularse según la geometría del cigüeñal, el número de puntos de inspección, la configuración de las cámaras, la trayectoria del robot y los criterios de inspección requeridos.
5. Consideraciones clave al seleccionar un sistema de inspección visual para cigüeñales
5.1 Definir los elementos de inspección por ubicación
Los cigüeñales contienen muchas zonas de inspección, y distintas zonas pueden tener distintos criterios de defectos.
Antes del diseño del equipo, la especificación de inspección debe definir claramente:
- ¿Qué superficies deben inspeccionarse?
- ¿Qué tipos de defectos deben detectarse?
- Condiciones aceptables e inaceptables
- Resolución de imagen requerida
- ¿Se requiere trazabilidad?
Esto reduce los ajustes repetidos del algoritmo durante la puesta en marcha.
5.2 Evaluar la accesibilidad de agujeros profundos
Para la inspección de objetos extraños en agujeros centrales y la inspección de penetración lateral en agujeros de aligeramiento, la cuestión clave no es simplemente la resolución de la cámara.
El proyecto debe evaluar:
- Diámetro del agujero
- Profundidad del agujero
- Geometría interna
- Accesibilidad del endoscopio
- Ángulo de visión requerido
- Condiciones de iluminación
Puede ser necesario configurar un endoscopio personalizado cuando el área de inspección no se pueda observar directamente mediante una cámara externa.
5.3 Considerar la lectura de códigos como un indicador de rendimiento independiente
La inspección de códigos QR está directamente vinculada a la trazabilidad del producto.
Por lo tanto, la lectura de códigos debe validarse de forma independiente respecto a la detección de defectos, incluyendo:
- Tasa de éxito en la lectura
- Ubicación del código
- Condición de la Superficie
- Contraste
- Calidad del marcado
- Relación entre los datos del código y los resultados de la inspección
5.4 Validar el ciclo takt de 48 segundos
Inspeccionar múltiples áreas dentro de un solo ciclo requiere adquisición paralela de imágenes y optimización del movimiento del robot.
Durante la integración del sistema, el cálculo del tiempo de ciclo debe incluir:
- Carga de piezas de trabajo
- El posicionamiento
- Movimiento del robot
- Adquisición de imágenes
- Procesamiento del algoritmo
- Lectura de códigos
- Salida del resultado
- Descarga de la pieza de trabajo
El ciclo publicado de 48 segundos debe considerarse, por tanto, como una referencia para una aplicación específica y no como un valor fijo para todos los cigüeñales.
6. Visión por computadora basada en aprendizaje profundo para múltiples tipos de defectos en cigüeñales
La inspección de cigüeñales implica categorías de defectos con características visuales muy distintas. Un único método convencional basado en reglas para el procesamiento de imágenes puede no ser suficiente para cada elemento de inspección.
La solución referenciada utiliza visión por computadora basada en aprendizaje profundo junto con regiones de inspección definidas según las distintas zonas del cigüeñal.
En proyectos prácticos, contar con una cantidad suficiente de muestras de defectos es fundamental tanto para el entrenamiento como para la validación.
Esto resulta especialmente relevante para defectos tales como:
- INCLUSIONES
- Escama negra
- Arañazos en la superficie
- Marcas de impacto
- Abrasion
- Escasez de Material
La preparación de muestras suele ser una de las etapas más importantes de un proyecto de visión artificial. El sistema necesita ejemplos representativos tanto de productos correctos (OK) como de distintos tipos de condiciones defectuosas (NG) para establecer criterios de inspección fiables.
7. Capacidades de inspección por visión artificial de Big Bird Industrial
Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), anteriormente Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., ofrece soluciones integrales que abarcan la limpieza industrial de precisión y la inspección por visión artificial para aplicaciones automotrices y de fabricación de precisión.
Su actividad de visión artificial se organiza en torno a áreas especializadas de inspección, entre las que se incluyen:
- Orient See — inspección dimensional y geométrica
- Surface See — inspección de defectos superficiales
- Assembly See — inspección de ensamblaje y poka-yoke
- Inner See — inspección de orificios internos y paredes internas
- Paint See — inspección de defectos en superficies pintadas
- Algorithm & Software Platform — algoritmos de visión y sistemas de software
Para aplicaciones en cigüeñales, Surface See puede abordar la inspección de defectos en superficies externas, mientras que Inner See se puede aplicar a requisitos de inspección que involucren orificios internos y áreas de difícil acceso.
Esta combinación permite integrar distintas tecnologías de inspección según la geometría y los requisitos de calidad del componente del tren motriz.
Preguntas frecuentes
¿Por qué debe detectarse la perforación lateral del orificio de aligeramiento del contrapeso?
Los orificios de aligeramiento se utilizan para ajustar el equilibrio del cigüeñal y reducir masa innecesaria. Si durante el mecanizado un orificio perfora una pared o superficie adyacente, la estructura local podría verse afectada y dicha zona podría convertirse en un punto potencial de concentración de tensiones.
Como el defecto puede no ser visible desde el exterior del orificio, se puede emplear un endoscopio para inspeccionar el área interna.
¿Puede un solo algoritmo de visión detectar todos los tipos de defectos superficiales en cigüeñales?
No necesariamente.
Los defectos en el cigüeñal pueden diferir considerablemente en forma, textura, contraste y ubicación. Los algoritmos de aprendizaje profundo pueden configurarse para distintas categorías de defectos y zonas de inspección, pero su rendimiento fiable depende en gran medida de muestras representativas para entrenamiento y validación.
Defectos como inclusiones y costras negras pueden depender especialmente de las características del material y de la superficie, lo que convierte la recolección de muestras en una parte importante del proyecto.
¿Realmente pueden cubrirse tantas zonas de inspección en 48 segundos?
El sistema referido emplea varias cámaras que operan en paralelo, asignándose cámaras distintas a distintas zonas de inspección. Asimismo, el posicionamiento robótico puede desplazar el sistema de imagen a las ubicaciones requeridas para la inspección.
El ciclo publicado de 48 segundos se aplica a la aplicación referida. El tiempo takt real debe calcularse a partir del cigüeñal específico, la cobertura de inspección, la trayectoria del robot y los requisitos de procesamiento de imágenes.
¿Puede confundirse la contaminación por aceite o agua con un defecto superficial?
Sí.
El aceite y el agua pueden crear reflejos, zonas oscuras u otros patrones visuales que podrían parecerse a ciertos defectos superficiales. Por lo tanto, se enumeran como objetivos específicos de inspección en el sistema al que se hace referencia.
Los algoritmos de imagen pueden utilizar características como la forma y la ubicación para distinguir distintas condiciones. Sin embargo, si queda exceso de aceite o agua sobre la pieza de trabajo, una soplado o limpieza aguas arriba puede ayudar a reducir las interferencias visuales antes de la inspección.
Conclusión
La inspección visual del cigüeñal no consiste simplemente en instalar una cámara de alta resolución. La geometría compleja de los cigüeñales requiere una combinación de imágenes desde múltiples ángulos, posicionamiento robótico, endoscopios personalizados, algoritmos de aprendizaje profundo y funciones de trazabilidad.
Para los muñones externos, las superficies de brida y las ranuras de chaveta, la visión con múltiples cámaras ofrece una amplia cobertura superficial. Para los orificios centrales y los orificios de aligeramiento de contrapesos, la inspección con endoscopio extiende la visión artificial a zonas que las cámaras externas convencionales no pueden observar directamente.
Para la aplicación referida, el sistema ofrece un ciclo de inspección publicado de 48 segundos, determinándose la configuración final y el takt según la geometría específica del cigüeñal y los requisitos de inspección.
