Ispezione finale dei difetti della testata del cilindro: visione a scansione lineare per le superfici di tenuta e inferiori

Panoramica

Dopo la lavorazione, le testate del cilindro richiedono un’ispezione finale di qualità prima di lasciare la linea di produzione ed entrare in magazzino o nell’assemblaggio. Le aree critiche da ispezionare includono la superficie di tenuta del coperchio della testata del cilindro, le superfici di appoggio delle viti e la superficie inferiore della testata del cilindro.

La soluzione di ispezione finale per testate del cilindro di Big Bird Industrial combina una fotocamera a scansione lineare da 8K, una fotocamera a scansione area, un’illuminazione dedicata e un posizionamento robotico collaborativo per rilevare graffi, difetti rilevati, ammaccature, crepe e segni d’urto su tutte le superfici lavorate critiche.

Il sistema di riferimento ha un ciclo di ispezione pubblicato di 3,5 minuti per pezzo, con il ciclo effettivo configurabile in base al design della testata cilindri e ai requisiti di ispezione.

1. Perché l’ispezione finale della testata cilindri si concentra sulle superfici di tenuta

La fase di ispezione successiva alla lavorazione e antecedente l’uscita della testata cilindri dalla linea di produzione rappresenta un importante controllo finale della qualità.

Per l’applicazione di riferimento, tre aree costituiscono i principali obiettivi dell’ispezione:

• Superficie di tenuta del coperchio testata cilindri
• Superfici di supporto delle viti della testata cilindri
• Superficie inferiore del coperchio del cilindro

Queste aree condividono una caratteristica fondamentale: sono superfici di contatto, di fissaggio o di tenuta che devono accoppiarsi correttamente con guarnizioni, coperchi o il basamento motore durante l’assemblaggio.

Anche difetti superficiali relativamente piccoli possono influenzare le condizioni di contatto tra i componenti accoppiati.

I difetti rilevati richiedono particolare attenzione

Tra i diversi tipi di difetti, i difetti rilevati, come le protuberanze simili a sbavature o l’accumulo locale di materiale, richiedono particolare attenzione.

A differenza di una ammaccatura, che genera una depressione locale, un difetto rilevato può creare un punto localmente più alto durante il montaggio. Quando vengono serrati i bulloni, ciò potrebbe causare un carico locale non uniforme e influenzare potenzialmente la compressione della guarnizione.

Per questo motivo, i criteri di ispezione devono definire chiaramente l’altezza, le dimensioni e la posizione accettabili dei difetti rilevati, in base ai requisiti ingegneristici del cliente.

2. Soluzione di ispezione: fotocamera lineare 8K + fotocamera area-scan

Il sistema di ispezione per testata cilindri citato combina due approcci di acquisizione immagini per adattarsi alle diverse geometrie da ispezionare.

Superficie di tenuta del coperchio testata cilindri

La superficie di tenuta viene ispezionata per:

• Graffi
• Difetti rilevati
• Dentature
• Crepe
• Segni d’urto

Poiché l’area di tenuta è lunga e relativamente stretta, viene utilizzata una fotocamera lineare 8K insieme a una sorgente luminosa dedicata per acquisizione lineare.

Invece di acquisire l'intera area in un'unica immagine convenzionale, la telecamera a scansione lineare acquisisce la superficie riga per riga mentre il pezzo in lavorazione e la telecamera si muovono relativamente l'uno rispetto all'altra.

Ciò rende l'imaging a scansione lineare particolarmente adatto ad aree di ispezione lunghe e continue.

Superfici di supporto delle viti

Le superfici di supporto delle viti del coperchio del cilindro vengono ispezionate per:

• Graffi sulla superficie
• Crepe
• Segni d’urto

Queste aree vengono ispezionate utilizzando la configurazione di visione a scansione d'area.

Superficie inferiore del coperchio del cilindro

La superficie inferiore viene ispezionata per:

• Graffi
• Crepe
• Segni d’urto
• Difetti all'interno delle aree specificate della fascia di tenuta

La regione di ispezione può essere configurata in base alla geometria effettiva del coperchio del cilindro e ai criteri di qualità definiti dal cliente.

3. Configurazione hardware

Il sistema combina l'imaging ad alta risoluzione a scansione lineare con l'imaging convenzionale a scansione d'area.

Sistema di immagine

• fotocamera a scansione lineare da 8K: 1 unità
• fotocamera a scansione areale da 12 MP: 1 unità
• Sorgente luminosa a scansione lineare: 1 set
• Luce ad anello: 1 set

La fotocamera a scansione lineare da 8K è utilizzata principalmente per la superficie di sigillatura lunga, mentre la fotocamera a scansione areale da 12 MP gestisce le altre zone di ispezione.

Posizionamento robotico

I robot collaborativi possono essere configurati con marchi tra cui:

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

Il robot posiziona il sistema di imaging in diverse posizioni di ispezione secondo il percorso di ispezione programmato.

Funzioni di visione e dati

Il sistema integra:

• Lettura codici
• Ispezione Visiva di Macchine
• Algoritmi di apprendimento approfondito
• Tracciabilità delle ispezioni
• Analisi dei dati
• Visualizzazione remota

Ciò consente di associare i risultati dell'ispezione a singoli pezzi e di conservarli per successive analisi della qualità.

4. Specifiche Tecniche

Le seguenti specifiche si basano sulle informazioni sul prodotto pubblicamente disponibili per il sistema indicato.

Il ciclo di 3,5 minuti è un valore applicativo pubblicato. Il tempo di ciclo effettivo deve essere calcolato in base alla geometria del pezzo, alle aree di ispezione, ai movimenti del robot e ai requisiti di acquisizione e elaborazione delle immagini.

5. Perché utilizzare una telecamera a scansione di linea per le superfici di tenuta della testata cilindri?

Una caratteristica fondamentale di questa soluzione è l’uso di una telecamera a scansione lineare da 8K, anziché fare affidamento esclusivamente su telecamere a scansione areale.

La superficie da sigillare è tipicamente una zona di ispezione lunga e stretta. Con una telecamera a scansione areale, il sistema potrebbe dover acquisire più sezioni e unire le immagini tra loro.

Ciò può introdurre ulteriori requisiti per:

• Posizionamento della telecamera
• Unione delle immagini
• Regioni sovrapposte
• Coerenza dell’illuminazione
• Tempo di ciclo dell'ispezione

Una telecamera a scansione lineare, invece, acquisisce la superficie in modo continuo, riga per riga, mentre il pezzo in lavorazione si muove rispetto al sistema di acquisizione immagini.

Per questo tipo di superficie continua, il fattore importante non è semplicemente il numero di megapixel della telecamera. Il metodo di acquisizione immagini deve corrispondere alla geometria e al movimento dell’area da ispezionare.

Una telecamera a scansione lineare da 8K può quindi rappresentare un approccio efficiente per superfici di sigillatura lunghe, dove è richiesta un’acquisizione continua di immagini ad alta risoluzione.

6. Considerazioni chiave per la selezione

6.1 Stabilizzare il moto relativo

L'acquisizione di immagini con scansione lineare è sensibile al movimento relativo tra la telecamera e il pezzo in lavorazione.

Durante la progettazione del sistema, il progetto deve valutare:

• Stabilità della velocità del nastro trasportatore o del posizionamento
• Stabilità del movimento del robot
• Precisione del posizionamento del pezzo in lavorazione
• Distanza tra telecamera e pezzo in lavorazione
• Sincronizzazione tra movimento e acquisizione dell'immagine

Un movimento instabile può influenzare la scala dell'immagine e la coerenza dell'ispezione.

6.2 Quantificare i criteri per difetti rilevati e incassati

Termini come «difetto rilevato» o «ammaccatura» non sono sufficienti come criteri ingegneristici di accettazione.

La specifica di ispezione deve definire soglie misurabili, ad esempio:

• Altezza del difetto
• Profondità del difetto
• Area del difetto
• Lunghezza del difetto
• Localizzazione difetto

Devono inoltre essere preparati campioni rappresentativi conformi (OK) e non conformi (NG) per l’addestramento e la convalida dell’algoritmo.

6.3 Definire chiaramente la zona di ispezione della banda di sigillatura

La banda di sigillatura è un’area critica di ispezione.

I suoi confini devono essere definiti chiaramente nel software di visione affinché:

• I difetti rilevanti non vengano trascurati
• Le aree non critiche non generano allarmi superflui
• Le caratteristiche dei bordi non vengono classificate erroneamente come difetti

6.4 Pianificare i percorsi del robot per più modelli di testata cilindri

Se diversi modelli di testata cilindri condividono la stessa linea di produzione, il percorso di ispezione robotico deve essere adattato a ciascun modello.

Il progetto dovrebbe quindi valutare:

• Identificazione del modello
• Cambio automatico del programma
• Tempo di cambio del percorso del robot
• Posizionamento della telecamera
• Differenze nell’area di ispezione
• Espansione futura ai nuovi modelli

7. Visione basata su deep learning per l’ispezione delle superfici lavorate

Le superfici della testata del cilindro lavorate a macchina possono presentare difetti con forme, dimensioni e caratteristiche visive diverse.

Il sistema di riferimento combina la visione artificiale con algoritmi di ispezione basati sull’apprendimento profondo, consentendo di configurare diverse aree di ispezione e criteri di difetto in base al pezzo in lavorazione.

Per un progetto pratico, le prestazioni dell’algoritmo dipendono fortemente dalla qualità e dalla quantità dei campioni utilizzati per l’addestramento e la validazione.

La libreria di campioni dovrebbe includere esempi rappresentativi di:

• Graffi
• Crepe
• Dentature
• Difetti rilevati
• Segni d’urto
• Caratteristiche normali della lavorazione
• Variazioni superficiali che non devono essere classificate come difetti

Ciò è particolarmente importante per le superfici di tenuta, dove caratteristiche legittime della lavorazione e difetti reali possono presentare caratteristiche visive relativamente simili.

8. Capacità di ispezione mediante visione artificiale di Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), precedentemente Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., fornisce soluzioni integrate di pulizia industriale di precisione e di visione artificiale per applicazioni automobilistiche e della produzione di precisione.

Il suo business relativo alla visione artificiale copre sei aree specializzate:

• Orient See — ispezione dimensionale e geometrica
• Surface See — ispezione di difetti superficiali
• Assembly See — ispezione dell’assemblaggio e poka-yoke
• Inner See — ispezione di fori interni e pareti interne
• Paint See — ispezione di difetti sulle superfici verniciate
• Algorithm & Software Platform — algoritmi e piattaforma software per la visione artificiale

Per le teste cilindro lavorate, Surface See può essere configurato per ispezionare le superfici di tenuta, le superfici di appoggio e altre aree lavorate, in base ai criteri di difetto del cliente e al takt time produttivo.

L’attrezzatura può inoltre essere integrata con funzioni di lettura codici e tracciabilità, per collegare i risultati dell’ispezione a ciascun singolo pezzo.

FAQ

Perché utilizzare una telecamera a scansione lineare invece di una telecamera a scansione areale?

La superficie di tenuta della testata cilindri è un’area di ispezione relativamente lunga e continua. Una telecamera a scansione areale potrebbe richiedere più immagini e l’unione delle immagini per coprire l’intera zona.

Una telecamera a scansione lineare acquisisce la superficie in modo continuo mentre il pezzo in lavorazione si muove, rendendola adatta a superfici allungate, dove sono fondamentali un’immagine costante e una copertura continua.

Perché i difetti rilevati in rilievo sono particolarmente importanti sulle superfici di tenuta?

Un difetto in rilievo può creare un punto locale rialzato tra due superfici accoppiate. Durante il montaggio, ciò potrebbe causare una compressione non uniforme della guarnizione o un carico localizzato.

La soglia effettiva di accettazione deve essere determinata in base ai requisiti ingegneristici del cliente e verificata utilizzando campioni rappresentativi OK/NG.

Un ciclo di ispezione di 3,5 minuti è troppo lento per una linea di lavorazione?

L'applicazione di riferimento è posizionata come processo di ispezione in fase finale, quindi il suo takt non deve necessariamente corrispondere al ciclo di lavorazione di ogni operazione a monte.

Se è richiesto un takt più breve, le opzioni possibili includono:

• Stazioni di ispezione in parallelo
• Percorsi robotizzati ottimizzati
• Unità di acquisizione immagini aggiuntive
• Riduzione dei movimenti durante l'ispezione
• Elaborazione parallela delle immagini

La configurazione finale deve essere determinata mediante un’analisi completa dei tempi di ciclo.

Per quanto tempo è possibile conservare le immagini di ispezione?

Il sistema fornisce funzioni di tracciabilità, analisi dati e visualizzazione remota. Il periodo effettivo di conservazione delle immagini dipende dalla capacità di archiviazione e dai requisiti di gestione della qualità dello stabilimento.

Per le applicazioni produttive, l’accordo tecnico deve specificare:

• Periodo di conservazione delle immagini
• Formato di stoccaggio
• Volume dei dati
• Metodo di recupero
• Tracciabilità tra pezzo e immagine
• Requisiti di alimentazione di riserva

Conclusione

L’ispezione finale della testata del cilindro richiede più che semplicemente verificare se una superficie lavorata appare accettabile.

Per le superfici di tenuta e altre aree critiche lavorate, il sistema di ispezione deve garantire imaging stabile, illuminazione adeguata, definizione precisa della zona di ispezione e classificazione affidabile dei difetti.

La soluzione citata integra una telecamera line-scan da 8K, una telecamera area-scan da 12 MP, un’illuminazione dedicata e un posizionamento robotico, con funzioni di machine vision, deep learning e tracciabilità.

Per le lunghe superfici di tenuta, l’imaging line-scan offre un modo pratico per ottenere un’ispezione continua ad alta risoluzione. Per le altre superfici e le aree di ispezione localizzate, l’imaging area-scan garantisce una copertura flessibile.

Con il ciclo di ispezione pubblicato di 3,5 minuti, il sistema fornisce un approccio configurabile per l’ispezione della qualità delle teste dei cilindri in fase finale di linea, con takt finale e criteri di ispezione determinati dal particolare pezzo in lavorazione e dai requisiti produttivi.