بازرسی نقص‌های سطحی بلوک سیلندر: تشخیص خطاهای سوراخ، خراش‌ها و آلودگی تراشه‌های فلزی

مرور کلی

بازرسی سطح بلوک موتور تنها محدود به بررسی خراش‌ها یا نقص‌های مرئی نمی‌شود. پیش از ورود بلوک سیلندر به خط ماشین‌کاری، تولیدکنندگان ممکن است نیاز داشته باشند تا سوراخ‌های از قلم افتاده یا نامتعادل، خراش‌ها و فرورفتگی‌های سطح ماشین‌کاری‌شده و ذرات باقی‌مانده فلزی سیاه را شناسایی کنند .

یک سیستم بازرسی خودکار کاربردی می‌تواند از ترکیب دوربین‌های دید از بالا و دید از کناره، همراه با موقعیت‌یابی رباتیک دوربین و میز چرخان برای بازرسی سطوح مختلف بلوک سیلندر استفاده کند.

این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه یک سیستم بازرسی بینایی ماشینی را می‌توان برای بازرسی قطعات بلوک سیلندر در مرحلهٔ ورودی تنظیم کرد، چگونه دوربین‌های مختلف و مکانیزم‌های حرکتی با هم هماهنگ عمل می‌کنند و چه مواردی باید هنگام بازرسی الگوهای سوراخ و آلودگی‌های سطحی کوچک در نظر گرفته شوند.

۱. چرا باید بلوک‌های سیلندر را در مرحلهٔ بازرسی ورودی بازرسی کرد؟

بسیاری از مشکلات کیفیت پیش از اینکه قطعه به فرآیند ماشین‌کاری یا مونتاژ برسد، رخ می‌دهند.

برای یک بلوک سیلندر ریخته‌گری‌شده، نقص‌های احتمالی ورودی ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• عدم وجود سوراخ
• سوراخ‌های اضافی یا به‌صورت نادرست موقعیت‌یابی‌شده
• الگوهای سوراخ نادرست
• خط‌ها یا علامت‌های ضربه‌ای روی سطوح ماشین‌کاری‌شده
• براده‌های فلزی سیاه باقی‌مانده
• سایر ناهنجاری‌های سطحی قابل‌مشاهده

اگر این نقص‌ها تا پس از ماشین‌کاری شناسایی نشوند، ممکن است قطعه قبلاً زمان تولید و منابع پردازشی قابل توجهی را مصرف کرده باشد.

بازرسی زودهنگام اتلاف در مراحل بعدی را جلوگیری می‌کند

قرار دادن سیستم بازرسی در نقطه بازرسی مواد ورودی دریچه کیفیتی زودتری فراهم می‌کند.

هنگامی که ناهنجاری‌ای شناسایی شود، بلوک سیلندر می‌تواند پیش از ورود به عملیات ماشین‌کاری بعدی رد، اصلاح یا هدایت مجدد شود.

منطق اصلی این است:

بلوک سیلندر ورودی → بازرسی با دید ماشینی → طبقه‌بندی «قبول» یا «رد» → ماشین‌کاری یا اصلاح

این امکان را به تولیدکنندگان می‌دهد تا نقص‌های ارثی یا ورودی را پیش از آنکه بخشی از فرآیند تولید مراحل بعدی شوند، شناسایی کنند.

۲. سیستم بازرسی: تصاویر جداگانه از بالا و از کنار

بلاک سیلندر دارای چندین سطح بازرسی است و یک دوربین ثابت تنها لزوماً پوشش کافی را فراهم نمی‌کند.

بنابراین، راه‌حل عملی می‌تواند وظیفهٔ بازرسی را بین تصویربرداری از بالا و تصویربرداری از کنار تقسیم کند. .

بازرسی سطح بالایی

یک دوربین A برای سطح بالایی بلاک سیلندر استفاده می‌شود.

در پیکربندی توصیف‌شده، یک ربات دوربین A را حمل کرده و آن را بر اساس مسیر بازرسی برنامه‌ریزی‌شده جابه‌جا می‌کند.

این امر امکان تنظیم موقعیت تصویربرداری و زاویهٔ دید را برای نواحی مختلف سطح بالایی فراهم می‌کند.

بازرسی سطح جانبی

ا دوربین B در کنار قطعه‌کار قرار دارد.

بلوک سیلندر روی یک میز چرخان تا اینکه سطوح جانبی مختلف از محدوده دید دوربین عبور کنند، چرخانده می‌شود.

دنباله پایه حرکتی این است:

دوربین نصب‌شده روی ربات → تصویربرداری از سطح بالایی

میز چرخان + دوربین B → تصویربرداری از سطوح جانبی

سپس نرم‌افزار بازرسی تصاویر ثبت‌شده را پردازش کرده و نتیجه مربوطهٔ «قبول» یا «رد» را ارائه می‌دهد.

۳. سیستم بینایی چه چیزهایی را می‌تواند تشخیص دهد؟

سیستم بازرسی را می‌توان برای چندین وظیفهٔ بازرسی متفاوت پیکربندی کرد.

۳.۱ تشخیص سوراخ‌های نبوده یا نادرست

بلوک‌های سیلندر حاوی چندین سوراخ ماشین‌کاری‌شده و ریخته‌گری‌شده با موقعیت‌ها و الگوهای مشخصی هستند.

این سیستم می‌تواند تصویر واقعی را با مرجع تعیین‌شدهٔ موقعیت سوراخ‌ها مقایسه کند تا موارد زیر را شناسایی نماید:

• عدم وجود سوراخ
• سوراخ‌های اضافی
• موقعیت نادرست سوراخ‌ها
• الگوهای سوراخ نادرست
• انحرافات در اندازهٔ سوراخ‌های ماشین‌کاری‌شده

این نوع بازرسی به‌ویژه برای قطعات ریخته‌گری ورودی مفید است، زیرا الگوی نادرست سوراخ‌ها ممکن است در غیر این صورت به فرآیندهای ماشین‌کاری بعدی نیز منتقل شود.

داده‌های مرجع باید بر اساس نقشه‌های فنی واقعی مشتری و الگوی تأییدشدهٔ سوراخ‌ها تهیه شوند.

۳٫۲ تشخیص خراش‌ها و علامت‌های ضربه‌ای

سطح قطعات ماشین‌کاری‌شده ممکن است دارای خراش‌ها، فرورفتگی‌ها یا علامت‌های ناشی از ضربه باشد.

بینایی ماشین می‌تواند ویژگی‌های غیرعادی سطح را با تحلیل تفاوت‌های بین ظاهر مورد انتظار سطح و تصویر ثبت‌شده شناسایی کند.

قابلیت واقعی بازرسی به عواملی مانند:

• پایان‌بندی سطح
• شرایط روشنایی
• اندازهٔ نقص
• کنتراست نقص
• رزولوشن دوربین
• زاویهٔ بازرسی
• بافت زمینه

به همین دلیل، پیش از تأیید نهایی پیکربندی سیستم، اعتبارسنجی نمونه با قطعات تولیدی واقعی اهمیت فراوانی دارد.

۳٫۳ تشخیص ذرات فلزی سیاه

ذرات فلزی سیاه می‌توانند به‌ویژه چالش‌برانگیز باشند.

برخلاف اجسام خارجی بزرگ و کاملاً مرئی، ذرات ریز ممکن است به‌صورت نامنظم در سطح ماشین‌کاری پخش شده باشند و ویژگی‌های بصری مشابه موارد زیر داشته باشند:

• علامت‌های تاریک ماشین‌کاری
• متنور سطح
• آلودگی روغن
• ویژگی‌های پس‌زمینهٔ ریخته‌گری یا ماشین‌کاری

الگوریتم بینایی می‌تواند ویژگی‌هایی مانند:

• شکل
• اندازه
• ویژگی‌های لبه
• سمت
• تضاد با سطح اطراف

با این حال، هنگامی که براده‌های فلزی با روغن یا آلودگی تیره‌ی دیگری مخلوط می‌شوند، تضاد تصویر ممکن است کمتر قابل اعتماد شود.

به این دلیل برای اعتبارسنجی باید نمونه‌های واقعی حاوی آلودگی نماینده‌ی براده‌های فلزی استفاده شوند به جای اتکا صرفاً به قطعات مرجع تمیز.

۴. تعریف انعطاف‌پذیر منطقه‌ی بازرسی

مدل‌های مختلف بلوک سیلندر ممکن است نیازمندی‌های بازرسی متفاوتی داشته باشند.

به جای ثابت‌کردن دائمی همه‌ی نواحی بازرسی، سیستم می‌تواند به کاربر اجازه دهد تا نواحی بازرسی را از طریق رابط نرم‌افزاری تعریف کند.

این امکان را به اپراتورها یا مهندسان می‌دهد تا موارد زیر را مشخص کنند:

• کدام سطح نیاز به بازرسی دارد
• الگوی سوراخ کدام باید بررسی شود
• کدام نواحی ماشین‌کاری باید بازرسی شوند
• کدام نواحی باید از بازرسی مستثنی شوند
• کدام نواحی نیازمند تشخیص نقص هستند

پس از پیکربندی، ناحیهٔ بازرسی و پارامترهای مربوطه را می‌توان به‌عنوان یک برنامهٔ محصول ذخیره کرد.

این ویژگی به‌ویژه در محیط‌های تولیدی که چندین مدل بلوک سیلندر از یک سیستم بازرسی مشترک استفاده می‌کنند، مفید است.

۵. موقعیت‌یابی دوربین مبتنی بر ربات و آموزش خودکار

دوربین نصب‌شده روی ربات انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به چیدمان ثابت دوربین فراهم می‌کند.

ربات می‌تواند دوربین را به مواضع پیش‌تعریف‌شده جابه‌جا کند و مسیرهای بازرسی برنامه‌ریزی‌شده را دنبال کند.

با آموزش خودکار مسیر و مدیریت برنامه‌های محصول، این سیستم می‌تواند امکانات زیر را پشتیبانی کند:

• چندین موقعیت بازرسی
• مدل‌های مختلف بلوک سیلندر
• اجراي خودکار مسیر دوربین
• تغییر برنامه محصول
• بازرسی سطوح پیچیده

برای تولید چندمدلی، با این حال، انعطاف‌پذیری نباید با سازگاری نامحدود اشتباه گرفته شود.

ابعاد قطعه کار، سطوح بازرسی، موقعیت‌دهی فیکسچر، میدان دید دوربین و دسترسی ربات همچنان باید برای هر خانواده محصول ارزیابی شوند.

۶. پیکربندی فنی معمول

پارامترهای زیر بر اساس اطلاعات عمومی موجود درباره این نوع سیستم بازرسی سفارشی بینایی ماشین است.

آیتم	پیکربندی معمولی
نوع تجهیزات	سیستم بازرسی بینایی ماشین سفارشی / غیراستاندارد
اهداف بازرسی	مکان سوراخ، اندازهٔ سوراخ ماشین‌کاری‌شده، سوراخ‌های اضافی یا کمبود سوراخ، خراش‌ها، علامت‌های برخورد، پرچم‌های فلزی
بازرسی سطح بالایی	دوربین A نصب‌شده روی ربات
بازرسی سطح جانبی	دوربین B به‌همراه میز چرخان
منطقه بازرسی	مناطق تعریف‌شده توسط کاربر
پایش با دوربین	مشاهدهٔ زندهٔ تصویر دوربین
تغییر محصول	تعویض سریع مدل
حرکت ربات	آموزش خودکار مسیر
ریتم تولید	سفارشی‌سازی بر اساس نیازهای تولید

وضوح دقیق دوربین، لنز، نورپردازی، مدل ربات، الگوریتم پردازش و زمان چرخه باید از طریق آزمون نمونه‌ها و نیازمندی‌های تولید تعیین شود.

۷. ملاحظات کلیدی در انتخاب

۷.۱ ذرات فلزی سیاه چالشی برای اعتبارسنجی هستند

ذرات کوچک فلزی سیاه ممکن است از نظر بصری شبیه ویژگی‌های تاریک سطح یا آلودگی روغن باشند.

پیش از نهایی‌سازی سیستم بازرسی، توصیه می‌شود نمونه‌هایی ارائه داده شوند که نمایندهٔ موارد زیر باشند:

• سطوح ماشین‌کاری تمیز
• بافت عادی سطح
• آلودگی معمولی با ذرات فلزی
• اندازه‌های مختلف ذرات
• جهت‌های مختلف ذرات
• شرایط آلوده به روغن

این امکان را فراهم می‌کند که سیستم بینایی در شرایط تولید واقعی آزمایش شود.

۷٫۲ بازرسی سوراخ‌ها نیازمند مرجع دقیق است

بازرسی موقعیت سوراخ‌ها به اطلاعات مرجع قابل اعتماد بستگی دارد.

تأمین‌کننده باید نقشه‌های فنی مربوطه یا داده‌های الگوی سوراخ‌های تأییدشده را دریافت کند تا سیستم بتواند بین موارد زیر تمایز قائل شود:

• سوراخ‌های الزامی
• سوراخ‌های اختیاری
• سوراخ‌های فرآیندی
• سوراخ‌های مرجع
• سوراخ‌های غیرضروری یا اضافی

در غیر این صورت، ویژگی فرآیندی معتبر ممکن است به‌طور اشتباه به‌عنوان سوراخ غیرطبیعی تفسیر شود.

۷.۳ تولید چندمدلی نیازمند مدیریت برنامه است

مناطق بازرسی تعریف‌شده توسط کاربر و آموزش خودکار ربات، تغییر مدل‌ها را انعطاف‌پذیرتر می‌کند.

با این حال، برای خط تولیدی که چندین مدل بلوک سیلندر را تولید می‌کند، معمولاً کارآمدتر است که برنامه‌های بازرسی هر مدل را پیش‌از اجرا آماده و اعتبارسنجی کرد.

این اقدام می‌تواند موارد زیر را کاهش دهد:

• زمان تغییر دادن
• تنظیم دستی
• قطع تولید
• خطر استفاده از پارامترهای بازرسی نادرست

۷.۴ محل بازرسی باید با ریتم تولید هماهنگ باشد

ایستگاه بازرسی ورودی باید همراه با سیستم جابه‌جایی مواد ارزیابی شود.

چرخه کامل باید شامل مراحل زیر باشد:

بارگذاری → موقعیت‌یابی → تصویربرداری → پردازش تصویر → نمایش نتیجه → تخلیه

اگر دریافت تصویر سریع باشد اما موقعیت‌دهی قطعهٔ کار یا حرکت ربات بیش از حد طولانی شود، ایستگاه بازرسی همچنان می‌تواند به گلوگاه تولید تبدیل شود.

بنابراین، اعتبارسنجی زمان چرخه باید شامل کل دنبالهٔ بازرسی باشد، نه صرفاً زمان نوردهی دوربین.

۸. بازرسی بینایی ماشینی در بیگ برد اینداستریال

شرکت بیگ برد اینداستریال، که پیشتر با نام هاربین شیمادا بیگ برد اینداستریال فعالیت می‌کرد، راه‌حل‌های یکپارچهٔ تمیزکاری صنعتی و بینایی ماشینی را برای کاربردهای خودروسازی و تولید دقیق ارائه می‌دهد.

کسب‌وکار تخصصی بینایی ماشین آن، سی‌ان آی‌سی ، شامل چندین حوزهٔ کاربردی است، از جمله:

• اورینت سی — بازرسی ابعادی و هندسی
• سرفیس سی — بازرسی نقص‌های سطحی
• بازرسی مونتاژ — بازرسی مونتاژ و جلوگیری از خطاهای انسانی
• بازرسی داخلی — بازرسی سوراخ‌ها و دیواره‌های داخلی
• بازرسی رنگ — بازرسی نقص‌های سطح رنگ
• الگوریتم و پلتفرم نرم‌افزاری — راه‌حل‌های نرم‌افزاری و الگوریتمی بینایی ماشین

این سرفیس سی این سری بررسی سطح و ظاهر را در مراحل مختلف تولید، از جمله بازرسی ورودی، فرآیندهای ماشین‌کاری و بازرسی نهایی، مورد تمرکز قرار می‌دهد.

برای بلوک‌های سیلندر، بازرسی را می‌توان بر اساس انواع عیوب واقعی مشتری، سطوح مورد بازرسی، مدل‌های محصول و ریتم تولید تنظیم کرد.

۹. سوالات متداول

پرسش: چرا باید بلوک‌های سیلندر را پیش از ماشین‌کاری و نه پس از آن بازرسی کرد؟

بازرسی ورودی به منظور شناسایی عیوب ناشی از ریخته‌گری یا فرآیندهای قبلی، پیش از مصرف منابع تولیدی اضافی انجام می‌شود.

اگر الگوی سوراخ‌های نادرست یا عیوب سطحی آشکاری در ورودی خط ماشین‌کاری شناسایی شود، قطعه می‌تواند قبل از ورود به عملیات بعدی، برای اصلاح یا رد شدن هدایت گردد.

پرسش: چگونه می‌توان براده‌های فلزی سیاه را از بافت‌های تیره ماشین‌کاری تشخیص داد؟

سیستم می‌تواند ویژگی‌های متعددی از تصویر را ارزیابی کند، از جمله شکل، اندازه، ویژگی‌های لبه، موقعیت و کنتراست.

با این حال، تشخیص در مواردی که براده‌های فلزی با روغن مخلوط شده‌اند یا سطح ماشین‌کاری خود دارای بافت قوی است، دشوارتر می‌شود.

بنابراین، آزمون با نمونه‌های تولیدی نماینده بخش مهمی از اعتبارسنجی سیستم محسوب می‌شود.

پرسش: آیا پیکربندی منطقهٔ بازرسی تعریف‌شده توسط کاربر، به‌صورت عملیاتی دشوار است؟

منطقهٔ بازرسی از طریق رابط نرم‌افزار بینایی ماشین تعریف می‌شود و معمولاً می‌توان آن را به‌عنوان بخشی از برنامهٔ مربوط به محصول ذخیره کرد.

برای تعداد کمی از مدل‌های محصول، اپراتورها پس از آموزش می‌توانند این پیکربندی را مدیریت کنند. در پروژه‌های بزرگ‌تر با چندین مدل، برنامه‌های بازرسی را می‌توان در زمان راه‌اندازی توسط تأمین‌کنندهٔ سیستم تهیه و اعتبارسنجی کرد.

پرسش: آیا این سیستم می‌تواند سر سیلندر یا سایر قطعات را نیز بازرسی کند؟

سیستم را می‌توان با قابلیت تغییر سریع مدل و آموزش خودکار مسیر ربات طراحی کرد.

با این حال، سازگانی به ابعاد واقعی، سطوح بازرسی، روش موقعیت‌یابی، میدان دید دوربین، دسترسی ربات و الزامات بازرسی بستگی دارد.

بنابراین، پیش از تأیید اینکه آیا اجزای مختلف می‌توانند از یک سیستم بازرسی مشترک استفاده کنند، باید فهرستی از محصولات و قطعات نمونه ارزیابی شود.

نتیجه‌گیری

بازرسی خودکار سطح بلوک سیلندر تنها مسئله‌ای نیست که در آن یک دوربین بالای قطعه کار قرار گیرد.

برای اجزای پیچیده، بازرسی قابل اعتماد ممکن است نیازمند دوربین‌های متعدد، موقعیت‌دهی دوربین با استفاده از ربات، حرکت میز چرخان، برنامه‌های بازرسی اختصاصی برای هر محصول و الگوریتم‌های بینایی اختصاصی برای هر کاربرد باشد .

برای بازرسی بلوک سیلندر ورودی، یک سیستم ترکیبی می‌تواند سه خطر مهم کیفیتی را پوشش دهد:

خطاهای الگوی سوراخ‌ها → خراش‌ها و علامت‌های ضربه روی سطح → آلودگی ناشی از ذرات فلزی سیاه

با جابه‌جایی بازرسی به مرحله‌ای پیش از تولید، سازندگان می‌توانند نقص‌های ورودی را پیش از اینکه ظرفیت ماشین‌کاری و منابع تولیدی مرحله‌های بعدی را مصرف کنند، شناسایی کنند.

بنابراین، مهم‌ترین گام پیش از انتخاب تجهیزات، انتخاب دوربین نیست— بلکه تعریف دقیق است آنچه باید شناسایی شود، محل ظاهر شدن آن، اندازه نقص، نحوه حرکت قطعه کار و تاکت تولید مورد نیاز چیست.

بیگ برد اینداستریال / سی‌ان آی‌سی‌ای یک می‌تواند پیکربندی‌های سفارشی بازرسی دید ماشینی را بر اساس این نیازمندی‌های کاربردی توسعه دهد، از جمله سیستم‌های دوربینی، بازرسی رباتیک، موقعیت‌یابی چرخشی و نرم‌افزارهای بازرسی اختصاصی محصول.