실린더 헤드 최종 검사 결함 검사: 밀봉면 및 하부면 검사를 위한 라인 스캔 비전

개요

가공 후 실린더 헤드는 생산 라인을 벗어나 저장 또는 조립 공정으로 진입하기 전에 최종 품질 검사를 받아야 한다. 주요 검사 부위는 실린더 헤드 커버의 밀봉면, 볼트 지지면 및 실린더 헤드 하부면이다.

Big Bird Industrial의 실린더 헤드 최종 검사 솔루션은 8K 라인 스캔 카메라, 영역 스캔 카메라, 전용 조명 및 협동 로봇 정위 기술을 결합하여 핵심 가공 면 전반에 걸친 긁힘, 돌출 결함, 오목함, 균열 및 충격 흔적을 검사한다.

참조된 시스템의 공식 점검 주기는 작업물당 3.5분이며, 실제 주기는 실린더 헤드 설계 및 점검 요구 사항에 따라 조정 가능하다.

1. 실린더 헤드 최종 점검이 밀봉면에 집중되는 이유

가공 후 생산 라인을 떠나기 전 단계에서 실시하는 점검은 중요한 최종 품질 확인 지점이다.

참조된 적용 사례에서 세 가지 영역이 주요 점검 대상이다:

• 실린더 헤드 커버 실링 표면
• 실린더 헤드 볼트 지지면
• 실린더 헤드 하부 면

이들 영역은 공통된 중요한 특징을 갖는다: 조립 시 가스켓, 커버 또는 엔진 블록과 정확히 맞물려야 하는 접촉면, 장착면 또는 밀봉면이다.

비교적 작은 표면 결함이라도 상호 맞물리는 부품 간 접촉 상태에 영향을 줄 수 있다.

돌출 결함에는 특히 주의해야 한다

다양한 결함 유형 중에서 톱니 모양의 돌기나 국부적인 재료 축적과 같은 융기 결함은 특히 주의가 필요하다.

오목 결함은 국부적인 함몰을 유발하는 반면, 융기 결함은 조립 시 국부적으로 높은 지점을 형성할 수 있다. 볼트를 조일 때 이로 인해 국부적인 하중 분포가 불균일해질 수 있으며, 실링 패킹 압축에도 영향을 줄 수 있다.

이러한 이유로 검사 기준은 고객의 엔지니어링 요구사항에 따라 융기 결함의 허용 높이, 크기 및 위치를 명확히 정의해야 한다.

2. 검사 솔루션: 8K 라인-스캔 카메라 + 에어리어-스캔 카메라

참조된 실린더 헤드 검사 시스템은 서로 다른 검사 기하학적 특성에 맞추기 위해 두 가지 영상 촬영 방식을 결합한다.

실린더 헤드 커버 실링 표면

실링 표면은 다음 항목에 대해 검사된다:

• 스크래치
• 융기 결함
• 은
• 균열
• 충격 흔적

실링 영역이 길고 비교적 좁기 때문에 전용 라인-스캔 광원과 함께 8K 라인-스캔 카메라를 사용한다.

기존의 단일 이미지로 전체 영역을 캡처하는 대신, 라인-스캔 카메라는 작업물과 카메라가 서로 상대적으로 이동하면서 표면을 한 줄씩 획득한다.

이 때문에 라인-스캔 영상 촬영 방식은 길고 연속적인 검사 영역에 특히 적합하다.

볼트 지지 면

실린더 헤드 볼트 지지 면은 다음 항목을 위해 검사된다.

• 표면 스크래치
• 균열
• 충격 흔적

이 영역들은 에어리어-스캔 비전 설정을 사용해 검사한다.

실린더 헤드 하부 면

하부 면은 다음 항목을 위해 검사된다.

• 스크래치
• 균열
• 충격 흔적
• 지정된 실링 밴드 영역 내 결함

검사 영역은 실제 실린더 헤드 형상 및 고객이 정의한 품질 기준에 따라 설정할 수 있다.

3. 하드웨어 구성

이 시스템은 고해상도 라인-스캔 영상 촬영과 기존의 에어리어-스캔 영상 촬영을 결합한다.

이미징 시스템

• 8K 라인 스캔 카메라: 1대
• 1200만 화소 영역 스캔 카메라: 1대
• 라인 스캔 조명 장치: 1세트
• 링 조명 장치: 1세트

8K 라인 스캔 카메라는 주로 긴 밀봉 면 검사에 사용되며, 1200만 화소 영역 스캔 카메라는 기타 검사 영역을 담당한다.

로봇 위치 조정

협동 로봇은 다음 브랜드를 기준으로 구성할 수 있다:

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

로봇이 프로그래밍된 점검 경로에 따라 이미징 시스템을 다양한 점검 위치에 배치한다.

비전 및 데이터 기능

이 시스템은 다음을 통합합니다:

• 코드 읽기
• 머신 비전 검사
• 딥러닝 알고리즘
• 검사 추적성
• 데이터 분석
• 원격 관람

이를 통해 점검 결과를 개별 작업물과 연계하여 품질 분석을 위한 후속 보관이 가능하다.

4. 기술 사양

다음 사양은 참조된 시스템에 대한 공개된 제품 정보를 기준으로 한다.

3.5분 사이클은 공식 발표된 응용 사례 값이다. 실제 택트 타임은 부품 형상, 검사 영역, 로봇 이동, 영상 획득 및 처리 요구사항에 따라 산정해야 한다.

5. 실린더 헤드 밀봉면 검사에 왜 라인 스캔 카메라를 사용하나?

이 솔루션의 핵심 기능은 영역 스캔 카메라에만 의존하는 대신 8K 라인 스캔 카메라를 사용하는 것이다.

밀봉 표면은 일반적으로 길고 좁은 검사 영역이다. 영역 스캔 카메라를 사용하면 시스템이 여러 구간을 촬영한 후 이미지를 이어 붙여야 할 수 있다.

이는 다음 요소에 대한 추가적인 요구 사항을 초래할 수 있다.

• 카메라 위치 조정
• 이미지 이음매 처리
• 중복 영역
• 조명 일관성
• 검사 사이클 시간

반면 라인 스캔 카메라는 작업물이 영상 촬영 시스템에 대해 움직일 때 표면을 연속적으로, 한 줄씩 촬영한다.

이러한 연속적인 표면의 경우 중요한 요소는 단순히 카메라의 메가픽셀 수가 아니다. 영상 촬영 방식은 검사 영역의 기하학적 형태와 움직임에 부합해야 한다.

따라서 8K 라인 스캔 카메라는 연속적이고 고해상도의 영상 획득이 필요한 긴 밀봉 표면에 대해 효율적인 접근 방식을 제공할 수 있다.

6. 주요 선정 고려 사항

6.1 상대 운동 안정화

라인 스캔 영상 촬영은 카메라와 피사체 간의 상대적 움직임에 민감하다.

시스템 설계 시, 프로젝트는 다음 사항을 평가해야 한다.

• 컨베이어 또는 위치 조정 속도의 안정성
• 로봇 움직임의 안정성
• 피사체 위치 정확도
• 카메라와 피사체 사이의 거리
• 움직임과 영상 획득 간의 동기화

불안정한 움직임은 영상 배율 및 검사 일관성에 영향을 줄 수 있다.

6.2 돌출 및 함몰 결함 기준의 정량화

"돌출 결함" 또는 "디젤티"와 같은 용어는 공학적 허용 기준으로서 충분하지 않다.

검사 사양은 다음을 포함한 측정 가능한 기준값을 정의해야 한다.

• 결함 높이
• 결함 깊이
• 결함 면적
• 결함 길이
• 결함 위치

알고리즘 학습 및 검증을 위해 대표적인 양품 및 불량품 샘플도 준비해야 한다.

6.3 밀봉 밴드 검사 영역을 명확히 정의할 것

밀봉 밴드는 핵심 검사 영역이다.

시각 검사 소프트웨어 내에서 그 경계를 명확히 정의하여 다음을 보장해야 한다.

• 관련 결함이 누락되지 않도록 할 것
• 비중요 영역에서 불필요한 경보가 발생하지 않음
• 엣지 특징이 결함으로 잘못 분류되지 않음

6.4 여러 실린더 헤드 모델에 대한 로봇 경로 계획

다른 실린더 헤드 모델이 동일한 생산 라인을 공유하는 경우, 로봇 검사 경로는 각 모델에 맞게 조정되어야 함

따라서 프로젝트에서는 다음 사항을 평가해야 함

• 모델 식별
• 자동 프로그램 전환
• 로봇 경로 전환 시간
• 카메라 위치 조정
• 검사 영역 차이
• 향후 모델 확장

7. 가공 표면 검사를 위한 딥러닝 기반 비전

가공된 실린더 헤드 표면에는 다양한 모양, 크기 및 시각적 특성을 가진 결함이 포함될 수 있다.

참조된 시스템은 머신 비전과 딥러닝 기반 검사 알고리즘을 결합하여 작업물에 따라 서로 다른 검사 영역 및 결함 기준을 설정할 수 있다.

실용적인 프로젝트에서 알고리즘 성능은 학습 및 검증 샘플의 품질과 양에 크게 의존한다.

샘플 라이브러리에는 다음을 대표하는 예시가 포함되어야 한다:

• 스크래치
• 균열
• 은
• 융기 결함
• 충격 흔적
• 정상적인 가공 특징
• 결함으로 분류되어서는 안 되는 표면 변동

이는 특히 밀봉 표면에서 매우 중요하며, 정상적인 가공 특징과 실제 결함이 비교적 유사한 시각적 특성을 가질 수 있다.

8. 빅 버드 인더스트리얼의 머신 비전 검사 역량

하얼빈 빅버드 인더스트리얼 주식유한공사(빅버드 인더스트리얼)는 이전 이름이 하얼빈 시마다 빅버드 인더스트리얼 주식유한공사였으며, 자동차 및 정밀 제조 분야를 위한 통합 정밀 산업용 세정 솔루션과 머신 비전 솔루션을 제공한다.

자사의 머신 비전 사업은 다음 6개 전문 분야로 구성된다.

• 오리언트 시 — 치수 및 기하학적 검사
• 서피스 시 — 표면 결함 검사
• 어셈블리 시 — 조립 검사 및 포카요케
• 인너 시 — 내부 구멍 및 내벽 검사
• 페인트 시 — 페인트 표면 결함 검사
• 알고리즘 및 소프트웨어 플랫폼 — 머신 비전 알고리즘 및 소프트웨어

가공된 실린더 헤드의 경우, 서피스 시는 고객의 결함 기준 및 생산 타크에 따라 밀봉 면, 지지 면 및 기타 가공 영역의 검사를 위해 설정할 수 있다.

해당 장비는 코드 판독 및 추적성 기능과도 통합 가능하여, 검사 결과를 개별 작업물과 연결할 수 있다.

자주 묻는 질문

왜 영역 스캔 카메라 대신 라인 스캔 카메라를 사용하나요?

실린더 헤드 실링 표면은 비교적 길고 연속적인 검사 영역입니다. 영역 스캔 카메라는 전체 영역을 커버하기 위해 여러 장의 이미지 촬영과 이미지 스티칭이 필요할 수 있습니다.

라인 스캔 카메라는 공작물이 이동함에 따라 표면을 지속적으로 촬영하므로, 일관된 이미징과 연속적인 커버리지가 중요한 긴 띠 모양 표면에 적합합니다.

왜 실링 표면에서 돌출 결함이 특히 중요하나요?

돌출 결함은 맞물리는 표면 사이에 국부적인 고점(높은 위치)을 형성할 수 있습니다. 조립 시 이로 인해 개스킷 압축이 고르지 않거나 국부적인 하중이 발생할 수 있습니다.

실제 허용 기준은 고객의 엔지니어링 요구사항에 따라 결정해야 하며, 대표적인 양품/불량품 샘플을 사용해 검증해야 합니다.

3.5분의 검사 사이클이 가공 라인에는 너무 느린가요?

해당 응용 프로그램은 라인 최종 검사 공정으로 정의되므로, 그 타크 시간이 반드시 상류 공정의 가공 사이클과 일치할 필요는 없다.

더 짧은 타크 시간이 요구되는 경우 다음과 같은 대안을 고려할 수 있다.

• 병렬 검사 스테이션
• 최적화된 로봇 경로
• 추가 영상 촬영 장치
• 검사 시 이동 거리 단축
• 병렬화된 영상 처리

최종 구성은 완전한 사이클 타임 분석을 통해 결정해야 한다.

검사 영상을 얼마나 오래 저장할 수 있는가?

이 시스템은 추적성, 데이터 분석 및 원격 조회 기능을 제공한다. 실제 영상 보관 기간은 공장의 저장 용량 및 품질 관리 요구 사항에 따라 달라진다.

생산 적용을 위한 경우, 기술 계약서에는 다음 사항을 명시해야 한다.

• 이미지 보관 기간
• 수납 형태
• 데이터 볼륨
• 이미지 검색 방법
• 공작물 대 이미지 추적 가능성
• 비상 전원 공급 요구 사항

결론

실린더 헤드 최종 검사에서는 가공면의 외관이 양호해 보이는지 여부를 단순히 확인하는 것만으로는 부족하다.

밀봉 표면 및 기타 중요 가공 부위에 대해서는 검사 시스템이 안정적인 영상 촬영, 적절한 조명, 정확한 검사 영역 설정, 신뢰성 있는 결함 분류 기능을 제공해야 한다.

참고 솔루션은 8K 라인 스캔 카메라, 1200만 화소 면 스캔 카메라, 전용 조명, 로봇 위치 제어 기능과 머신 비전, 딥러닝, 추적성 기능을 통합한다.

긴 밀봉 표면의 경우, 라인 스캔 영상 촬영 방식은 연속적 고해상도 검사를 실현하는 실용적인 수단이다. 그 외 표면 및 국소 검사 영역의 경우, 면 스캔 영상 촬영 방식이 유연한 커버리지를 제공한다.

공개된 3.5분 점검 주기를 통해 이 시스템은 최종 조립 라인에서 실린더 헤드 품질 검사를 위한 설정 가능한 방식을 제공하며, 최종 타크 시간과 검사 기준은 특정 작업물 및 생산 요구 사항에 따라 결정된다.