بازرسی نقص‌های سطحی میله‌چرخ: بازرسی کامل با دید ماشینی از یاتاقان‌های اصلی و میله‌ای همراه با تشخیص با دوربین داخلی

مرور کلی

میله‌های محرک اجزای پیچیدهٔ چرخانی هستند که شامل چندین گِردن، وزنه‌های مقابله‌ای، نواحی فلنجی، شیارهای کلیدی و سوراخ‌های داخلی می‌شوند. بنابراین، یک سیستم بازرسی قابل‌اطمینان باید نه‌تنها نقص‌های سطحی قابل‌مشاهده را پوشش دهد، بلکه باید نواحی عمیق یا داخلی را نیز که با دوربین‌های خارجی معمولی به‌طور مؤثر قابل بازرسی نیستند، پوشش دهد.

راه‌حل بازرسی محور چرخشی شرکت بیگ برد اینداستریال از ترکیبی از دوربین‌های اسکن‌کنندهٔ سطحی، اندوسکوپ‌های سفارشی‌سازی‌شده، ربات‌های مکان‌یاب، بینایی ماشین مبتنی بر یادگیری عمیق و ردیابی کد استفاده می‌کند. این سیستم برای بازرسی نقص‌های سطحی محور چرخشی، تأیید نفوذ سوراخ‌های سبک‌سازی وزنه‌های موازنه، تشخیص اجسام خارجی درون سوراخ‌های مرکزی و خواندن کدهای شناسایی محصول طراحی شده است.

برای کاربرد مورد اشاره، زمان چرخهٔ بازرسی منتشرشده ۴۸ ثانیه است؛ با این حال، زمان واقعی تاکت قابل تنظیم است و بستگی به قطعهٔ کار و نیازهای بازرسی دارد.

۱. چرا بازرسی محور چرخشی چالش‌برانگیز است

محور چرخشی یکی از اجزای اصلی سیستم انتقال قدرت است که وظیفهٔ تبدیل حرکت رفت‌وبرگشتی پیستون به خروجی چرخشی را بر عهده دارد. هندسهٔ آن بسیار سه‌بعدی است و شامل یاتاقان‌های اصلی و یاتاقان‌های میله‌ای است که در امتداد محور پخش شده‌اند و توسط صفحات خرده‌چرخ و وزنه‌های موازنه به هم متصل می‌شوند.

بسته به طراحی محور چرخشی، بازرسی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• یاتاقان‌های اصلی
• یاتاقان‌های میله‌ای
• یاتاقان‌های بلند
• یاتاقان‌های فلنجی
• سطح‌های فلنج
• شیارهای پینی
• سوراخ‌های مرکزی
• سوراخ‌های سبک‌سازی وزنه مقابل
• صورت‌های انتهایی کوچک

اگرچه بسیاری از این نواحی دارای سطوح فلزی مشابهی هستند، اما عیوب احتمالی می‌توانند تفاوت قابل توجهی داشته باشند. اهداف رایج بازرسی شامل موارد زیر می‌شوند:

• نشانه‌های ضربه
• خط‌ها
• نقطه ها
• علامت‌های سایش
• ضایعات داخلی
• ترک
• لایه سیاه یا ناحیه پوسته سیاه
• کمبود مواد
• آلودگی ناشی از روغن یا آب

این چالش به دلیل این واقعیت که میله‌چرخ یک قطعه چرخان با زوایای مختلف بازرسی است، بیشتر می‌شود. یک ایستگاه دوربین ثابت ممکن است پوشش کافی از تمام سطوح مورد نیاز را فراهم نکند. بنابراین، سیستم بازرسی نیازمند حرکت هماهنگ و ثبت تصاویر از زوایای متعدد است.

نفوذ از سمت سوراخ‌های سبک‌سازی وزنه مقابل

یکی از موارد بازرسی بسیار مهم، نفوذ جانبی در سوراخ‌های سبک‌کنندهٔ وزنهٔ مقابل است.

سوراخ‌های سبک‌کننده برای تنظیم تعادل میلهٔ محرک و کاهش جرم اضافی ماشین‌کاری می‌شوند. اگر چنین سوراخی به سطح یا دیوارهٔ مجاور نفوذ کند، ممکن است استحکام ساختاری محلی را تحت تأثیر قرار دهد و منطقه‌ای با تمرکز تنش ایجاد کند.

از آنجا که شناسایی این عیب از دید خارجی دشوار است، بازرسی از درون سوراخ با استفاده از یک اندوسکوپ سفارشی‌سازی‌شده روشی مناسب‌تر برای تشخیص آن فراهم می‌کند.

۲. راه‌حل بازرسی: بینایی چنددوربینی + اندوسکوپ‌های سفارشی‌سازی‌شده

سیستم بازرسی میلهٔ محرک از چندین روش تصویربرداری برای پوشش سطوح خارجی و نواحی داخلی دشوار استفاده می‌کند.

محدودهٔ اعلام‌شدهٔ بازرسی شامل موارد زیر است:

صحت کد QR

سیستم بررسی می‌کند که آیا کد QR میلهٔ محرک کامل و قابل خواندن است یا خیر؛ این امر اساسی برای شناسایی محصول و ردیابی در مراحل بعدی تولید فراهم می‌کند.

نفوذ از سمت سوراخ‌های سبک‌سازی وزنه مقابل

اسکوپ‌های سفارشی‌سازی‌شده برای بازرسی هندسه داخلی سوراخ‌های سبک‌سازی و شناسایی نفوذ غیرطبیعی به نواحی مجاور استفاده می‌شوند.

تشخیص اجسام خارجی در سوراخ مرکزی

وضعیت داخلی سوراخ مرکزی میله‌چرخ‌دنده را می‌توان برای شناسایی اجسام خارجی یا آلودگی که از دوربین خارجی قابل مشاهده نیستند، بازرسی کرد.

بازرسی عیوب روی سطح انتهای کوچک

سطوح انتهای کوچک محورهای بلند را می‌توان برای موارد زیر بازرسی کرد:

• نشانه‌های ضربه
• خط‌ها
• نقطه ها
• استرداد
• ضایعات داخلی
• ترک
• لایه سیاه
• کمبود مواد
• آلودگی ناشی از روغن و آب

بازرسی فلنج

منطقه فلنج را نیز می‌توان در برنامه بازرسی بصری گنجاند تا عیوب سطحی مشخص‌شده شناسایی شوند.

بازرسی محور و شیار کلیدی

این سیستم می‌تواند سطوح این اشیا را بازرسی کند:

• یاتاقان‌های اصلی
• یاتاقان‌های میله‌ای
• یاتاقان‌های بلند
• یاتاقان‌های فلنجی
• شیارهای پینی

این رویکرد چندمنطقه‌ای امکان پیکربندی برنامهٔ بازرسی را بر اساس هندسهٔ واقعی میلهٔ محرک و معیارهای پذیرش تعریف‌شده توسط مشتری فراهم می‌کند.

۳. پیکربندی دوربین و سخت‌افزار

سیستم مورد ارجاع از ترکیبی از دوربین‌های اسکن‌منطقه‌ای با وضوح بالا و اندوسکوپ‌های سفارشی‌سازی‌شده استفاده می‌کند.

سیستم تصویربرداری

• دوربین‌های اسکن‌منطقه‌ای ۵ مگاپیکسلی: ۲ عدد
• دوربین‌های اسکن‌منطقه‌ای ۲۰ مگاپیکسلی: ۱۲ عدد
• اندوسکوپ‌های سفارشی‌سازی‌شده: ۳ ست
• منابع نوری با پوشش گسترده: ۱ ست
• چراغ‌های نواری: ۲ ست

دوربین‌های خارجی تصاویری با وضوح بالا از سطوح قابل‌مشاهدهٔ میلهٔ محرک ارائه می‌دهند، درحالی‌که اندوسکوپ‌ها قابلیت بازرسی را به مناطقی مانند سوراخ‌های مرکزی و سوراخ‌های سبک‌سازی گسترش می‌دهند.

بینش و کنترل

این سیستم شامل موارد زیر است:

• خواندن کد QR
• بازرسی بینایی ماشینی
• الگوریتم‌های یادگیری عمیق
• پیگیری بازرسی
• تحلیل داده‌های بازرسی
• مناطق بازرسی تعریف‌شده توسط کاربر
• مشاهدهٔ بازرسی از راه دور

سیستم کنترل از دو رایانهٔ صنعتی برند Advantech (AAEON) طبق پیکربندی تجهیزات منتشرشده استفاده می‌کند.

موقعیت‌یابی رباتیک

پیکربندی‌های ربات همکار می‌تواند از برندهای زیر استفاده کند:

• ربات‌های اِلیت
• سیاسون
• هانز روبوت
• جکا

ربات سیستم تصویربرداری را جابه‌جا می‌کند یا موقعیت بازرسی را بر اساس مسیر برنامه‌ریزی‌شدهٔ بازرسی هماهنگ می‌کند.

۴. مشخصات فنی

مشخصات زیر بر اساس اطلاعات عمومی موجود دربارهٔ سیستم بازرسی اشاره‌شده است.

چرخهٔ ۴۸ ثانیه‌ای مقداری کاربردی منتشرشده است، نه تضمینی جهانی برای زمان چرخه. زمان واقعی چرخه باید با توجه به هندسهٔ میلهٔ محرک، تعداد نقاط بازرسی، پیکربندی دوربین، مسیر ربات و معیارهای لازم برای بازرسی محاسبه شود.

۵. موارد کلیدی در انتخاب سیستم بازرسی بصری میلهٔ محرک

۵.۱ تعریف موارد بازرسی بر اساس مکان

میله‌های محرک حاوی بسیاری از مناطق بازرسی هستند و ممکن است مناطق مختلف دارای معیارهای نقص متفاوتی باشند.

پیش از طراحی تجهیزات، مشخصات بازرسی باید به‌وضوح تعریف کند:

• کدام سطوح باید بازرسی شوند
• کدام انواع نقص باید شناسایی شوند
• شرایط پذیرفتنی و غیرپذیرفتنی
• رزولوشن مورد نیاز تصاویر
• آیا قابلیت ردیابی الزامی است

این امر تنظیم مکرر الگوریتم را در طول راه‌اندازی کاهش می‌دهد.

۵٫۲ ارزیابی دسترسی به سوراخ‌های عمیق

در بازرسی اجسام خارجی در سوراخ مرکزی و بازرسی نفوذ از سمت لبه در سوراخ‌های سبک‌سازی، پرسش اصلی صرفاً وضوح دوربین نیست.

پروژه باید موارد زیر را ارزیابی کند:

• قطر سوراخ
• عمق گودال
• هندسه داخلی
• دسترسی بوْرِ اسکوپ
• زاویه دید مورد نیاز
• شرایط روشنایی

ممکن است در مواردی که ناحیه بازرسی قابل مشاهده مستقیم توسط دوربین خارجی نباشد، پیکربندی سفارشی بوْرِ اسکوپ مورد نیاز باشد.

۵٫۳ در نظر گرفتن خواندن کد به‌عنوان شاخص عملکردی جداگانه

بازرسی کد QR به‌طور مستقیم به ردیابی محصول مرتبط است.

بنابراین، خواندن کد باید به‌صورت مستقل از تشخیص نقص‌ها اعتبارسنجی شود، از جمله:

• نرخ موفقیت خواندن
• مکان کد
• شرایط سطح
• تعارض
• کیفیت علامت‌گذاری
• رابطه بین داده‌های کد و نتایج بازرسی

۵٫۴ اعتبارسنجی تاکت ۴۸ ثانیه‌ای

بازرسی بسیاری از نواحی در یک چرخه، نیازمند دریافت تصاویر به‌صورت هم‌زمان و بهینه‌سازی حرکت ربات است.

در طول ادغام سیستم، محاسبه زمان چرخه باید شامل موارد زیر باشد:

1. بارگذاری قطعه کار
2. موقعیت
3. حرکت ربات
4. جمع‌آوری تصویر
5. پردازش الگوریتم
6. خواندن کد
7. خروجی نتیجه
8. تخلیه قطعه کار

بنابراین، زمان چرخه منتشرشدهٔ ۴۸ ثانیه‌ای باید به‌عنوان مرجعی برای یک کاربرد خاص در نظر گرفته شود، نه به‌عنوان مقداری ثابت برای همهٔ میله‌های محرک.

۶. بینایی مبتنی بر یادگیری عمیق برای شناسایی انواع مختلف عیوب میله‌چرخ‌دن

بازرسی میله‌چرخ‌دن شامل دسته‌بندی‌های عیوبی با ویژگی‌های بصری بسیار متفاوت است. یک روش سنتی مبتنی بر پردازش تصویر و قوانین ثابت، ممکن است برای همهٔ موارد بازرسی کافی نباشد.

راه‌حل مورد اشاره، از بینایی ماشین مبتنی بر یادگیری عمیق همراه با مناطق بازرسی تعریف‌شده بر اساس بخش‌های مختلف میله‌چرخ‌دن استفاده می‌کند.

در پروژه‌های عملی، تأمین نمونه‌های کافی از عیوب برای هر دو مرحلهٔ آموزش و اعتبارسنجی اهمیت بالایی دارد.

این امر به‌ویژه در مورد عیوبی مانند موارد زیر صدق می‌کند:

• ضایعات داخلی
• لایه سیاه
• خط‌های سطحی
• نشانه‌های ضربه
• استرداد
• کمبود مواد

آماده‌سازی نمونه‌ها اغلب یکی از مهم‌ترین مراحل یک پروژهٔ بینایی ماشین است. سیستم به نمونه‌های نمایندهٔ محصولات سالم (OK) و انواع مختلف شرایط نامطلوب (NG) نیاز دارد تا معیارهای بازرسی قابل‌اطمینانی را تعریف کند.

۷. قابلیت‌های بازرسی بینایی ماشین شرکت بیگ برد اینداستریال

شرکت صنعتی هاربین بیگ برد، محدوده (صنایع بیگ برد)، که پیش‌تر با نام شرکت صنعتی هاربین شیمادا بیگ برد فعالیت می‌کرد، راه‌حل‌های یکپارچه‌ای در زمینه‌های تمیزکاری دقیق صنعتی و بازرسی دید ماشینی برای کاربردهای خودرویی و تولید دقیق ارائه می‌دهد.

کسب‌وکار دید ماشینی آن حول حوزه‌های تخصصی بازرسی سازمان‌دهی شده است، از جمله:

• اورینت سی — بازرسی ابعادی و هندسی
• سرفیس سی — بازرسی نقص‌های سطحی
• اسمبلی سی — بازرسی مونتاژ و پوکا-یوکه
• اینر سی — بازرسی سوراخ‌ها و دیواره‌های داخلی
• پِینت سی — بازرسی نقص‌های سطح رنگ
• الگوریتم و پلتفرم نرم‌افزاری — الگوریتم‌های دید ماشینی و سیستم‌های نرم‌افزاری

برای کاربردهای میله‌چرخ‌دنده، سرفیس سی می‌تواند بازرسی نقص‌های سطح خارجی را پوشش دهد، در حالی که اینر سی برای نیازهای بازرسی سوراخ‌های داخلی و مناطق دسترسی‌سخت قابل استفاده است.

این ترکیب امکان ادغام فناوری‌های مختلف بازرسی را بر اساس هندسه و الزامات کیفیت قطعهٔ سیستم محرکه فراهم می‌کند.

پرسش‌های متداول

چرا نفوذ به سمت طرف مقابل سوراخ‌های سبک‌سازی وزنهٔ متضاد باید شناسایی شود؟

سوراخ‌های سبک‌سازی برای تنظیم تعادل میلهٔ محرک و کاهش جرم اضافی استفاده می‌شوند. اگر در فرآیند ماشین‌کاری، یک سوراخ به دیواره یا سطح مجاور نفوذ کند، ساختار محلی ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد و آن ناحیه ممکن است به نقطه‌ای با تمرکز تنش تبدیل شود.

از آنجا که عیب ممکن است از بیرون سوراخ دیده نشود، می‌توان از اندوسکوپ برای بازرسی ناحیهٔ داخلی استفاده کرد.

آیا یک الگوریتم بینایی ماشین می‌تواند تمام انواع عیوب سطحی میلهٔ محرک را تشخیص دهد؟

لازم نیست.

عیوب میلهٔ محرک می‌توانند از نظر شکل، بافت، کنتراست و مکان تفاوت‌های قابل توجهی داشته باشند. الگوریتم‌های یادگیری عمیق را می‌توان برای دسته‌بندی‌های مختلف عیوب و نواحی بازرسی پیکربندی کرد، اما عملکرد قابل اعتماد به‌طور شدیدی به نمونه‌های نمایندهٔ آموزشی و اعتبارسنجی وابسته است.

نقایصی مانند ناخالصی‌ها و لایه‌های سیاه ممکن است به‌ویژه به ویژگی‌های مواد و سطح وابسته باشند؛ بنابراین جمع‌آوری نمونه بخشی مهم از پروژه محسوب می‌شود.

آیا واقعاً ۴۸ ثانیه زمان کافی برای بررسی چنین تعداد زیادی از نواحی بازرسی است؟

سیستم ارجاع‌داده‌شده از چندین دوربین که به‌صورت هم‌زمان کار می‌کنند، استفاده می‌کند؛ در این سیستم، دوربین‌های مختلف به نواحی بازرسی متفاوتی اختصاص داده شده‌اند. همچنین، موقعیت‌یابی رباتیک می‌تواند سیستم تصویربرداری را به مکان‌های مورد نیاز برای بازرسی منتقل کند.

زمان چرخه‌ی منتشرشدهٔ ۴۸ ثانیه‌ای برای کاربرد ارجاع‌داده‌شده اعمال می‌شود. زمان تاکت واقعی باید بر اساس میله‌ی کرانک خاص، پوشش بازرسی، مسیر ربات و نیازهای پردازش تصویر محاسبه شود.

آیا آلودگی ناشی از روغن یا آب ممکن است به‌اشتباه به‌عنوان یک نقیصه‌ی سطحی شناسایی شود؟

آره، آره

روغن و آب می‌توانند بازتاب‌ها، نواحی تاریک یا الگوهای بصری دیگری ایجاد کنند که ممکن است شبیه برخی از نقایص سطحی باشند. از این‌رو، این آلودگی‌ها در سیستم ارجاع‌داده‌شده به‌عنوان اهداف بازرسی خاص فهرست شده‌اند.

الگوریتم‌های تصویر می‌توانند از ویژگی‌هایی مانند شکل و مکان برای تشخیص شرایط مختلف استفاده کنند. با این حال، اگر روغن یا آب اضافی بیش از حدی روی قطعه کار باقی بماند، دور ریختن یا پاک‌سازی در مرحله قبل از بازرسی می‌تواند به کاهش اختلالات دیداری کمک کند.

نتیجه‌گیری

بازرسی بصری میله‌چرخ‌دنده تنها مسئله‌ای نیست که با نصب یک دوربین با وضوح بالا حل شود. هندسه پیچیدهٔ میله‌چرخ‌دنده‌ها نیازمند ترکیبی از تصویربرداری چندزاویه‌ای، موقعیت‌یابی رباتیک، اندوسکوپ‌های سفارشی‌سازی‌شده، الگوریتم‌های یادگیری عمیق و قابلیت ردیابی است.

برای ژورنال‌های خارجی، سطوح فلنج و شیارهای کلیدی، دید چنددوربینی پوشش گسترده‌ای از سطوح را فراهم می‌کند. برای سوراخ‌های مرکزی و سوراخ‌های سبک‌سازی وزنه‌های مقابل، بازرسی با اندوسکوپ دید ماشینی را به نواحی گسترش می‌دهد که دوربین‌های خارجی معمولی قادر به مشاهدهٔ مستقیم آن‌ها نیستند.

در کاربرد مورد ارجاع، سیستم چرخهٔ بازرسی منتشرشده‌ای به مدت ۴۸ ثانیه ارائه می‌دهد؛ در حالی که پیکربندی نهایی و زمان چرخهٔ تولید (تاکت) بر اساس هندسهٔ خاص میله‌چرخ‌دنده و نیازهای بازرسی تعیین می‌شود.