シリンダーヘッド最終検査（シール面向け8Kラインスキャンビジョン）

概要

加工後のシリンダヘッドは、保管または組立工程へ送られる前に、最終品質検査を実施する必要があります。主な検査対象部位には以下のものがあります。 シリンダヘッドカバーのシール面、ボルト支持面、およびシリンダヘッド底面 .

ビッグバード・インダストリアル社が提供するシリンダヘッド最終工程向け画像検査ソリューションでは、 8Kラインスキャンカメラ、1200万画素のエリアスキャンカメラ、専用照明、および協働ロボットによる位置決め機能を統合しています。 これにより、重要な加工面上に生じる傷、盛り上がり、へこみ、亀裂、衝撃痕などを検出します。

本システムの公表されている検査サイクルは 1個あたり3.5分です 、最終サイクルタイムは、ワークピースおよび検査要件に応じて設定可能です。

1. シリンダヘッドの最終工程検査：密閉面が重要な理由

機械加工が完了し、シリンダヘッドが生産ラインを離れる前に実施される最終検査は、品質確保の重要なチェックポイントです。

本アプリケーションにおける検査では、以下の3つの主要な領域に焦点を当てます：

• シリンダヘッドカバーのシール面
• シリンダヘッドボルト支持面
• シリンダヘッド底面

これらの領域は、組立時に接触面または密閉面を構成するため、極めて重要です。傷、へこみ、亀裂、あるいは盛り上がりなどの表面欠陥は、対向部品間の接触状態に影響を及ぼす可能性があります。

密閉面上の盛り上がり欠陥

密閉面上では、特に盛り上がり欠陥への注意が必要です。

局所的な突出部は、組立時に対向面間に高点を生じさせます。ボルトを締め付ける際、この高点により局所的な負荷分布が不均一になったり、ガスケットの圧縮状態に影響を及ぼすことがあります。

ただし、実際の許容限界は、顧客の技術仕様に基づいて定義する必要があります。パラメータとしては 欠陥の高さ、深さ、面積、位置 「盛り上がり」や「へこみ」などの視覚的記述に頼るのではなく、数値で定量化する必要があります。

シール面が画像化しづらい理由

シール面は通常、比較的平坦で滑らか、かつ細長い形状をしています。このため、機械ビジョンによる検査には以下のような課題があります。

• 欠陥と加工面とのコントラストが低く、識別が難しい
• 照明角度によって反射の状態が変化しやすい
• 検査対象領域が細長く、幅が狭い
• 単一のエリアスキャンカメラでは、表面全体を効率よくカバーできない

こうした場合に、ラインスキャン方式の画像取得が特に有効になります。

2．検査ソリューション：8Kラインスキャン＋エリアスキャンビジョン

参照されるシステムでは、検査領域の形状に応じて異なる画像取得技術が採用されています。

シリンダヘッドカバーのシール面

シール面では以下の項目を検査します：

• 傷、
• 凸状欠陥
• 穴
• ひび割れ
• 衝撃痕

「 8Kラインスキャンカメラ および専用のラインスキャン照明を用いて、細長いシール面を連続的に画像化します。

シリンダヘッドボルト支持面

ボルト支持面は以下の項目について検査されます：

• 傷、
• ひび割れ
• 衝撃痕

これらの領域は、エリアスキャン方式のビジョン構成でカバーされます。

シリンダヘッド底面

底面は、以下の項目について検査されます。

• 傷、
• ひび割れ
• 衝撃痕
• 指定されたシールバンド領域内の欠陥

検査領域は、実際のシリンダヘッドの形状および顧客が定義した品質基準に応じて、ビジョンソフトウェア上で設定できます。

3．なぜ8Kラインスキャンカメラを採用するのか？

ラインスキャン方式とエリアスキャン方式の選択は、 検査対象の形状および相対的な動きに基づいて行うべきであり、 単にカメラの解像度だけで判断してはなりません。

延長されたシール面では、面積走査カメラ（エリアスキャンカメラ）を用いる場合、検査領域全体をカバーするために複数の画像を撮影する必要があることがあります。その後、これらの画像を位置合わせ（アライメント）したり、つなぎ合わせ（ステッチング）したりする必要があります。

これにより、システムの構成が複雑化し、以下の点など、追加の検討事項が生じる可能性があります。

• 画像の重なり（オーバーラップ）
• 輝度均一性
• カメラの位置決め
• ステッチの精度
• 検査サイクル時間

ライン走査カメラ（ラインスキャンカメラ）は、被写体（ワークピース）とカメラの間で相対的な動きがある状態で、表面を1ラインずつ順次撮影します。得られる画像は、連続した検査帯を表すことができます。

基本原則は次のとおりです：

長い連続検査領域 → 制御された相対運動 → ライン単位での画像取得

シリンダヘッドのシール面に対しては、この手法により、連続的かつ高解像度な画像を効率的に得ることが可能です。

実際のライン走査性能は、運動の安定性、光学的解像度、照明条件、カメラと被写体との距離、および検出対象となる欠陥のサイズといった要因に左右されます。

4. ハードウェア構成

参照されている装置は、ライン走査方式と面積走査方式の両方の撮像機能を組み合わせています。

画像システム

• 8Kライン走査カメラ： 1 ユニット
• 1200万画素面積走査カメラ： 1 ユニット
• ラインスキャン用光源： 1セット
• リングライト: 1セット

8Kラインスキャンカメラは主に長いシーリング面の検査に使用され、一方でエリアスキャンカメラはその他の検査領域をカバーします。

ロボットによる位置決め

協働ロボットは以下のメーカー製品から構成可能です：

• エリート・ロボットズ
• シアスン
• ハンズ・ロボット
• JAKA

ロボットは、プログラムされた検査パスおよびワークピースの形状に応じてカメラの位置を調整します。

画像処理およびデータ機能

このシステムは以下の機能を統合しています：

• コード読み取り
• 機械ビジョン検査
• ディープラーニングアルゴリズム
• 検査のトレーサビリティ
• データ分析
• 遠隔監視

これにより、検査結果を個々のワークピースと紐付け、後続の品質分析およびトレーサビリティを実現できます。

5. 技術仕様

以下の仕様は、対象システムについて公表されている製品情報に基づいています。

項目	仕様
応募	商用車、乗用車（新エネルギー車を含む）
被検査部品	新エネルギー動力伝達系部品、ディーゼルおよびガソリン動力伝達系部品
公表されている検査サイクル	3.5分
ラインスキャンカメラ	8K × 1
エリアスキャンカメラ	1200万画素 × 1
ラインスキャン用照明	1セット
リングライト	1セット
産業用PC	Advantech
ロボットの選択肢	エリート、SIASUN、ハンズロボット、ジャカ
検査技術	機械視覚＋ディープラーニング
機能	コード読み取り、検査、トレーサビリティ、データ分析、遠隔監視

この 3.5分のサイクルタイムは、当社が公表しているアプリケーション例の値です ——あらゆるケースに適用可能なサイクルタイムの保証ではありません。実際のタクトタイムは、シリンダヘッドの設計、検査範囲、ロボットの動作、画像取得および処理の要件に応じて評価する必要があります。

6．主要な選定検討事項

6.1 ラインスキャン検査における相対運動の制御

ラインスキャン撮影は、カメラとワークピース間の制御された相対運動に依存します。

したがって、システム設計では以下の点を考慮する必要があります：

• コンベアまたは位置決め装置の速度安定性
• ロボットの動作精度
• ワークピースの位置決め
• カメラとワークピースとの距離
• 同期トリガー
• 画像取得速度

動きが不安定だと、画像の幾何学的形状や検査の一貫性に影響が出ます。

6.2 凸凹欠陥の定量評価

検査基準では、凸状および凹状の欠陥について、測定可能な許容限界を明確に定義する必要があります。

例えば：

• 最大許容高さ
• 最大許容深さ
• 最小検出面積
• 欠陥の長さ
• 欠陥の位置

アルゴリズム開発および検証用に、代表的な良品および不良品のサンプルを準備する必要があります。

6.3 密封帯領域を明確に定義する

シーリングバンドは、最も重要な検査エリアの一つです。

その検査範囲は、ビジョンソフトウェア内で明確に定義する必要があります。これにより、以下の問題を防止できます：

• 検査範囲の端近くで欠陥が見逃されるのを防ぐ
• 非重要領域から誤検出（フェイクアラーム）が発生するのを防ぐ
• 正常なエッジ形状が誤って異常と分類されるのを防ぐ

6.4 複数のモデルに対応したロボット走行経路の計画

同一ラインで複数のシリンダヘッドモデルを製造する場合、各モデルごとに異なる検査経路が必要になることがあります。

このため、システムは以下の点を考慮する必要があります：

• 自動モデル識別
• プログラム切り替え
• ロボット走行経路の切替時間
• 検査範囲の違い
• カメラの位置決め
• 今後の新規モデルへの拡張対応

7．深層学習を用いた機械加工済みシリンダヘッド表面の検査

機械加工済みのシリンダヘッド表面には、外観的特徴が大きく異なるさまざまな欠陥が存在する可能性があります。

参照されるシステムは、機械ビジョンと ディープラーニングアルゴリズム を組み合わせ、設定可能な検査領域および欠陥の分類を支援します。

アルゴリズムの実際の性能は、サンプルデータベースの品質に大きく依存します。

実用的なプロジェクトには、以下の代表的な事例を含める必要があります：

• 傷、
• ひび割れ
• 穴
• 凸状欠陥
• 衝撃痕
• 通常の機械加工痕
• 許容範囲内の表面変化

通常の機械加工特徴は特に重要です。なぜなら、ビジョンシステムが、正当な製造特性と実際の品質欠陥とを明確に区別する必要があるからです。

8．ビッグバード・インダストリアル社の機械視覚検査能力

ハルビン・ビッグバード・インダストリアル有限公司（ビッグバード・インダストリアル）は、旧ハルビン・シマダ・ビッグバード・インダストリアル有限公司です。 自動車および高精度製造分野向けに、統合型の高精度産業洗浄ソリューションおよび機械ビジョンソリューションを提供しています。

同社の機械視覚事業は、以下の6つの専門分野をカバーしています。

• Orient See — 3次元形状・寸法検査
• Surface See — 表面欠陥検査
• Assembly See — 組立工程内検査およびポカヨケ
• インナー・シー — 内部穴および内壁の検査
• ペイント・シー — 塗装面の欠陥検査
• アルゴリズムおよびソフトウェア・プラットフォーム — 機械視覚アルゴリズムおよびソフトウェア

加工済みシリンダヘッド向けに、 Surface See お客様の欠陥判定基準および生産タクトに応じて、シール面、ボルト支持部など、重要な加工部位を検査するよう設定できます。

コード読み取りおよびトレーサビリティ機能も統合可能で、検査結果を個々の部品と紐付けられます。

よくある質問

面積型カメラではなく、ラインスキャンカメラを用いる理由は何ですか？

シリンダヘッドのシール面は長く連続した検査領域です。面積型カメラでは、この領域全体をカバーするために複数枚の画像を撮影し、その後、画像の位置合わせまたはステッチングを行う必要があります。

ラインスキャンカメラは、カメラと部品の間の相対的な動きに伴い、表面を1ラインずつ連続的に撮影します。このため、細長い検査領域に特に適しています。

なぜシール面における盛り上がり欠陥が重要なのでしょうか？

盛り上がり欠陥は、接触面間に局所的な高点を生じさせます。組立時に、ガスケットの圧縮に影響を与えるほか、局所的な負荷ばらつきを引き起こす可能性があります。

実際の受入基準は、顧客の技術要件に基づいて決定し、代表的な合格（OK）および不合格（NG）サンプルを用いて検証する必要があります。

3.5分の検査サイクルは、機械加工ラインにとって遅すぎますか？

参照されるこのシステムは 最終工程検査 向けに設計されており、そのサイクルタイムは、上流の各工程の加工サイクルと一致させる必要はありません。

より短いタクトタイムが求められる場合、以下の対策が考えられます：

• 並列検査ステーション
• ロボットの動作経路の最適化
• 追加の撮像ユニット
• 並列画像処理
• ロボットの不要な移動を削減

最終的な設備選定の前に、サイクルタイムの包括的な分析を実施する必要があります。

欠陥画像はどのくらいの期間保存できますか？

本システムはトレーサビリティ、データ分析、および遠隔監視機能を提供します。実際の画像保存期間は、ストレージ構成および工場の品質管理要件によって異なります。

量産用途では、技術仕様書には以下の項目を明記する必要があります。

• 画像保存期間
• 収納容量
• データフォーマット
• 画像検索方法
• ワークピースと画像の対応関係
• バックアップ戦略

まとめ

シリンダヘッドの最終工程検査は、単に機械加工面が外観上問題なさそうかどうかを判断するだけでは不十分です。

重要なシール面および接触面については、検査システムが以下の要素を統合する必要があります。 適切な撮像技術、安定した動き、制御された照明、明確に定義された検査領域、信頼性の高い欠陥分類 .

本参考ソリューションでは、 8Kラインスキャンカメラ、1200万画素エリアスキャンカメラ、専用照明、協働ロボットによる位置決め に加え、マシンビジョン、ディープラーニング、トレーサビリティ機能を統合しています。

長尺のシール面には、連続的な高解像度検査を実現するため、ラインスキャン撮像が実用的です。その他の局所的な検査領域には、エリアスキャン撮像を活用できます。

公表された 3.5分間の検査サイクルを備え 、このシステムは、機械加工済みシリンダヘッドの最終工程における欠陥検査向けに、設定可能なソリューションを提供します。最終的なタクトタイム、光学構成、および検査基準は、対象ワークピースおよび生産要件に応じて決定する必要があります。