End-of-line-visjonspoka-yoke-system for motor- og girmonteringer: Automatisk oppdagelse av manglende og feilmonterte komponenter

Oversikt

Manglende eller feilmonterte komponenter er blant de vanskeligste monteringsfeilene å identifisere manuelt ved slutten av en bilprodusentens samlelinje.

For dieselmotorer, bensinmotorer, girkasser og andre bilmonteringer kan et end-of-line-visjonspoka-yoke-system automatisk inspisere kritiske komponenter som skruer, drivremmer, skilt, sertifikater, vifter og filtre .

Ved å kombinere kjedeplater, industrielle kameraer, robotinspeksjon, kodelesing og bildebasiert verifikasjon gir systemet en online-kvalitetskontroll før den ferdigmonterte enheten forlater samlelinjen.

Det beskrevne systemet støtter en produksjonstakt på 70 sekunder og en offentlig spesifisert nøyaktighetsrate på 99 % , med bildebevaring, sporbarehet og analyse av manglende eller feilaktig monteringsdata.

1. Hvorfor manglende eller feilaktig montering er en kritisk risiko ved slutten av linjen

Monteringsfeil er annerledes enn konvensjonelle dimensjonelle feil.

En dimensjonell avvikelse kan ofte identifiseres ved hjelp av en målestav eller et målesystem. Monteringsfeil krever imidlertid ofte bekreftelse av om en komponent faktisk er til stede, riktig plassert eller riktig konfigurert.

På en motor- eller girmonteringslinje må operatører kanskje bekrefte:

• Om skruer er montert
• Om serpentinbeltet er riktig montert
• Om navneskiltet er til stede
• Om sertifikatet er vedlagt
• Om viften er montert
• Om filteret er montert
• Om andre spesifiserte komponenter er til stede og riktig plassert

Når produksjonstakten er kort og antallet komponenter er stort, fører fullt avhengig manuell visuell inspeksjon til en betydelig gjentagende inspeksjonsbelastning.

Hvorfor sluttpunktinspeksjon er viktig

Hvis en manglende eller feilmontert komponent ikke identifiseres før monteringen forlater linjen, kan problemet kanskje først bli merkbart under senere montering, kjøretøytesting eller feltvedlikehold.

En automatisk sluttpunktinspeksjonsstasjon gir et endelig verifikasjonspunkt:

Montering → Visuell inspeksjon → OK/Ikke godkjent-resultat → Sporbarhet → Godkjenning eller ommontering

Målet er ikke bare å erstatte operatører. I stedet gir systemet en konsekvent, automatisk sjekk av definerte inspeksjonsobjekter og oppretter en registrering av monteringsens tilstand ved produksjonens slutt.

2. Utstyrsoppsett: Kjedeplatekonveyor + robotbasert visuell inspeksjon

Det beskrevne sluttpunktinspeksjonssystemet bruker en kjedeplatekonveyor og robotbasert visuell inspeksjonskonfigurasjon .

Avhengig av monteringsstrukturen og fordelingen av inspeksjonspunkter kan systemet bruke enten én robot eller flere roboter.

Kjedeplatekonveiering

Kjedeplatekonveyoren frakter motormonteringen eller girboksen gjennom inspeksjonsstasjonen.

Fraktssystemet sikrer en definert inspeksjonsposisjon og integrerer inspeksjonsprosessen i produksjonslinjen.

Robotbasert kamerainspeksjon

Robotene bærer eller plasserer inspeksjonskamerane rundt monteringsanlegget.

Dette er viktig fordi bilens drivlinje-monteringer har komplekse tredimensjonale geometrier. Inspeksjonspunkt kan være fordelt over:

• Øverste flater
• Sideflater
• Fremre og bakre områder
• Endeflater
• Innsunkne områder
• Andre komponentspesifikke posisjoner

En robotkonfigurasjon lar inspeksjonssystemet nå ulike vinkelposisjoner uten å kreve et stort antall fastmonterte kameraer.

3. Hva kan systemet inspisere?

Systemet kan konfigureres til å oppdage manglende eller feil monterte komponenter i henhold til kundens inspeksjonskrav.

Typiske inspeksjonsobjekter inkluderer:

Bolter

Systemet kan bekrefte om angitte bolt-posisjoner inneholder de forventede komponentene.

Om inspeksjonen kun må fastslå nærvær eller også vurdere stramme-posisjon, orientering eller andre egenskaper må defineres under prosjektspesifikasjonen.

Serpentinremmer

For motorer utstyrt med slangebånd kan maskinvision bekrefte om båndet er til stede og om den synlige rutingen tilsvarer den definerte inspeksjonsbetingelsen.

Navneskilt og sertifikater

Systemet kan bekrefte tilstedeværelse og plassering av identifikasjonsrelaterte komponenter.

Funksjoner for avlesning av koder kan også integreres når produktidentifikasjon eller sporbarehet kreves.

Vifter og filtre

Synssystemet kan bekrefte tilstedeværelsen og den synlige monteringsstatusen til angitte komponenter.

De faktiske inspeksjonskriteriene avhenger av komponentens geometri og om den aktuelle egenskapen fortsatt er synlig etter montering.

4. Mer enn OK/NG: Avlesning av koder og bildebasert sporbarehet

En av de viktige funksjonene til et sluttpunkt-synssystem er at det gjør mer enn bare å gi et OK- eller NG-resultat.

Det beskrevne systemet kan integrere:

• Avlesning av koder
• Maskinbasert inspeksjon
• Oppfanging av bilder av helmontering
• Manuell gjeninspeksjon
• Sporbarheit
• Analyse av manglende/feilaktig monteringsdata

Generell bildebevaring

Det fullstendige monteringsbildet kan lagres som en del av inspeksjonsprotokollen.

Dette gir en viktig sporbarehetsfunksjon.

Hvis et kvalitetsproblem identifiseres senere i nedstrømsmontering eller etter levering, kan produsenten hente frem det registrerte bildet og sjekke monteringsforholdene på det tidspunktet da det forlot produksjonslinjen.

Dette kan hjelpe til å avgjøre om feilen allerede var synlig ved slutten av linjen-inspeksjonen eller om den muligens oppsto under en senere prosess.

5. Tekniske spesifikasjoner

Følgende spesifikasjoner er basert på offentlig tilgjengelig produktinformasjon for det beskrevne tilpassede systemet.

Vare	Spesifikasjon
Utstyrstype	Kjedeplatekonveyor + robotbasert bildeinspeksjon
Søknad	Kommersielle kjøretøy, personbiler og applikasjoner relatert til nye energikjøretøy
Arbeidsstykker	Dieselmotormonteringer, bensinmotormonteringer, girmonteringer
Utstyrsdimensjoner	Ca. 11,23 × 5,04 × 3,14 m
Konfigurasjon	Enkelt robot- eller flerrobotssystem
Produksjonstakt	70 sekunder, kan tilpasses etter arbeidsstykket
Offentlig spesifisert nøyaktighet	99%
Industriell kamera	20 MP
Belysning	Stor lyskilde med høy lysstyrke + stavlamper med høy lysstyrke
Robotvalg	FANUC, ABB, KUKA, Yaskawa, SIASUN, ELITE og andre
Styresystem	Siemens, Mitsubishi, Advantech industriell datamaskin
Inspeksjonsfunksjoner	Kodetolkning, komponentinspeksjon, helhetsbildeopptak, manuell gjenkontroll, sporbarhet og dataanalyse
Utstyrsdesign	Tilpasset / ikke-standard

Faktiske konfigurasjoner av kamera, belysning, robot og programvare skal velges ut fra monteringsstrukturen og inspeksjonskravene.

6. Viktige vurderinger ved valg

6.1 Definer alle inspeksjonsobjekter før systemet utformes

«Sjekk om skruen er montert» og «sjekk om skruen er riktig strammet» er to ulike inspeksjonskrav.

Tilsvarende:

• Er remmen til stede?
• Er remmen riktig lagt inn?
• Er navneskiltet til stede?
• Er identifikasjonskoden lesbar?
• Er en rørledning tilkoblet?
• Er røret tilkoblet i riktig retning?

Disse kravene kan kreve ulike avbildningsmetoder og inspeksjonslogikk.

Derfor bør første steg være å lage en fullstendig inspeksjonsobjektliste og definere akseptkriterier for hvert objekt.

6.2 Robotantall avhenger av fordelingen av inspeksjonspunkter

En fullstendig motor- eller girmontering har inspeksjonspunkter fordelt over flere flater.

Én enkelt robot kan være tilstrekkelig for noen konfigurasjoner, mens flere roboter kan være nødvendige når:

• Inspeksjonspunktene er bredt fordelt
• Flere betraktningsvinkler er nødvendige
• Noen områder er vanskelige å nå
• Produksjonstakten er stram
• Parallell bildeinnsamling er påkrevd

Robotantallet bør derfor bestemmes ut fra den faktiske inspeksjonspunktkartet, og ikke bare fra den totale arbeidsstykkets størrelse.

6.3 Bilde lagringskrav bør defineres tidlig

Lagring av bilder fra helhetlig montering kan gi verdifull sporbarehet, men det skaper også krav til datalagring.

Før igangsetting bør prosjektet definere:

• Hvilke bilder som må lagres
• Bildoppløysing
• Filformat
• Oppbevaringstid
• Antall monterte enheter per dag
• Lagringskapasitet
• Metode for datahenting

Disse kravene bør best inkluderes i den tekniske spesifikasjonen før utstyrets levering.

6.4 Offentlige nøyaktighetsspesifikasjoner bør valideres mot faktiske prøver

Den offentlig oppgitte systemspesifikasjonen angir en nøyaktighet på 99%.

Dette tallet bør forstås som en produktspesifikasjon som er offentlig publisert, ikke som en universell garanti for hver enkelt inspeksjonsapplikasjon.

Faktisk ytelse avhenger av faktorer som:

• Komponentsynlighet
• Kameroppløsning
• Belysning
• Overflatebetingelse
• Overskygging
• Produktvariasjon
• Inspeksjonsalgoritme
• Kvalitet på prøveeksemplar
• Definerte akseptkriterier

For sikkerhetskritiske eller høyt konsekvensbeladte inspeksjonsobjekter bør akseptkriteriene derfor defineres og valideres separat ved hjelp av representativ produksjonsmateriale.

7. Hva skjer når systemet ikke klarer å ta en entydig beslutning?

Ingen maskinvisionssystem skal utformes med antagelsen at hver enkelt bilde alltid vil være perfekt klassifiserbar.

I reelle produksjonsmiljøer kan komponenter være delvis blokkert, belysningen kan variere, overflater kan reflektere lys, eller et inspeksjonsobjekt kan rett og slett ikke være synlig fra den tilgjengelige vinkelen.

Et praktisk system kan derfor inneholde en manuell etterinspeksjonsprosess for definerte usikre eller ikke-samsvarende tilfeller.

Arbeidsflyten kan være:

Automatisk inspeksjon → Entydig OK → Godkjenn

Automatisk inspeksjon → Entydig NG → Gjenarbeid / Forkast

Automatisk inspeksjon → Usikker resultat → Manuell nyinspeksjon

Denne fremgangsmåten lar automatisering håndtere gjentakende inspeksjoner, samtidig som den beholder en kontrollert metode for unntakstilfeller.

8. Produksjon av flere modeller og produktbytte

Bilfabrikker produserer ofte flere motor- eller girmodeller på samme produksjonslinje.

Et sluttpunktsynssystem kan integrere kodelesing og produktprogrambytte, slik at det riktige inspeksjonsprogrammet velges basert på den identifiserte modellen.

En typisk prosess er:

Produktidentifikasjon → Programvalg → Robotbanevalg → Modellspesifikk inspeksjon → Resultatregistrering

Imidlertid kan ulike modeller ha betydelige forskjeller i:

• Totale dimensjoner
• Komponentplassering
• Inspeksjonspunkter
• Kameraposisjoner
• Robotbaner
• Akseptkriterier

Derfor bør hele produktlisten vurderes før man bekrefter kompatibilitet for flere modeller.

9. Evne til visuell inspeksjon hos Big Bird Industrial / CN ISEE

Big Bird Industrial, tidligere Harbin Shimada Big Bird Industrial, leverer integrerte industrielle rengjørings- og maskinvisionsløsninger for bilindustrien og presisjonsproduksjon.

Dens spesialiserte maskinvisionsvirksomhet, CN ISEE , dekker seks hovedløsningsområder:

• Orient See — dimensjons- og geometrisk inspeksjon
• Surface See — inspeksjon av overflatefeil
• Assembly See — monteringsinspeksjon og feilforebygging
• Inner See — inspeksjon av indre hull og indre vegger
• Paint See — inspeksjon av malingsoverflatens feil
• Algoritme og programvareplattform — maskinvision-programvare og algoritmeløsninger

Markedet Assembly See serien fokuserer på monteringsverifikasjon og feilforebygging, inkludert sluttpunktinspeksjon av motorer, gir og andre bilmonteringer.

Avhengig av prosjektet kan systemet kombinere maskinvision, kodelesing, robotinspeksjon, bildebevaring, manuell gjeninnspektering og sporbarehetsfunksjoner.

10. Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Hva skjer når den publiserte nøyaktigheten er 99 %? Hva med de gjenværende tilfellene?

Tallet 99 % som er publisert, bør ikke tolkes som at alle mulige inspeksjonsforhold vil gi nøyaktig samme resultat.

Usikre tilfeller kan oppstå på grunn av skjulning, lysforhold, variasjoner i komponenter eller egenskaper som ikke er tilstrekkelig synlige.

Et praktisk system kan derfor inkludere manuell gjeninspeksjon for definerte usikre tilfeller, mens innsamlede prøver kan brukes til å forbedre inspeksjonsparametre og algoritmer.

Spørsmål: Hvorfor trengs flere roboter?

Bilmonteringer er tredimensjonale, og inspeksjonspunkter kan være fordelt over flere retninger.

Flere roboter kan dele inspeksjonsarbeidsmengden etter visningsområde eller inspeksjonsgruppe, noe som kan hjelpe til å redusere robotens bevegelser og opprettholde mer konstante avbildningsforhold.

Den endelige robotkonfigurasjonen bør bestemmes ut fra fordelingen av inspeksjonspunkter og den nødvendige produksjonstakten.

Spørsmål: Hva er den praktiske verdien av å beholde et helhetlig bilde av monteringen?

Det generelle bildet gir en original visuell registrering av monteringsens tilstand ved inspeksjonspunktet på slutten av linja.

Hvis et kvalitetsproblem identifiseres senere, kan produsenten hente den tilsvarende registreringen og gjennomgå monteringsens tilstand på tidspunktet for inspeksjonen.

Dette kan støtte sporbarthet, kvalitetsanalyse og prosessforbedring.

Spørsmål: Kan systemet inspisere ulike motormodeller?

Ja, systemet kan utformes for produktidentifikasjon og bytte mellom flere modellprogram.

Imidlertid avhenger faktisk kompatibilitet av forskjeller i monteringsdimensjoner, komponentplasseringer, inspeksjonskrav og robotbaner.

En fullstendig liste over motor- og girmodeller bør derfor leveres under systemutforming, slik at de nødvendige inspeksjonsprogrammene og robotkonfigurasjonene kan vurderes.

Konklusjon

Et visuelt poka-yoke-system på slutten av linja gir en automatisk kvalitetskontroll for komplekse bilmonteringer.

For motorer og girkasser kan systemet kombinere:

Kodelesing + robotisk syn + komponentverifisering + helhetlig bildebevaring + manuell gjenkontroll + sporbarehet

Nøkkelen til et vellykket system er ikke bare å velge en kamera med høy oppløsning. Inspeksjonskravene må først oversettes til tydelig definerte inspeksjonsobjekter, akseptkriterier, kameraposisjoner, robotbaner, belysningsforhold og krav til databevaring .

Med riktig konfigurasjon kan automatisk visuell inspeksjon gi en konsekvent endelig verifikasjonsfase før en motor- eller girmontering forlater produksjonslinjen.

Big Bird Industrial / CN ISEE kan utvikle tilpassede maskinvisionssystemer for slutten av linjen og feilforebyggende montering i henhold til arbeidsstykkets struktur, inspeksjonsobjekter, produktvariasjon og produksjonstakt.