Inspekcja powierzchni bloku cylindrów: wykrywanie błędów otworów, zadrapań i zanieczyszczeń wiórkami metalu

Przegląd

Inspekcja powierzchni bloków cylindrowych nie ogranicza się jedynie do sprawdzania zadrapań lub widocznych wad. Zanim blok cylindrowy wejdzie na linię obróbki, producenci mogą również potrzebować identyfikacji brakujących lub nieprawidłowo położonych otworów, zadrapań i wgnieceń na powierzchniach poddawanych obróbce oraz pozostałości czarnych wiórków metalowych .

Praktyczny zautomatyzowany system inspekcji może łączyć kamery widoku od góry i widoku bocznego z robotycznym pozycjonowaniem kamer oraz stołem obrotowym w celu inspekcji różnych powierzchni bloku cylindrowego.

W tym artykule wyjaśniono, jak skonfigurować system inspekcji wizyjnej do kontroli bloków cylindrowych na etapie kontroli przyjmowanych materiałów, jak różne kamery i mechanizmy ruchu współpracują ze sobą oraz na co należy zwrócić uwagę podczas inspekcji układów otworów i małych zanieczyszczeń powierzchniowych.

1. Dlaczego należy kontrolować bloki cylindrowe na etapie kontroli przyjmowanych materiałów?

Wiele problemów jakościowych pochodzi z etapów wcześniejszych niż obróbka lub montaż komponentu.

Dla odlewanego bloku cylindrowego potencjalne wady przyjmowane mogą obejmować:

• Brak otworów
• Dodatkowe lub nieprawidłowo umieszczone otwory
• Nieprawidłowe układy otworów
• Rysy lub ślady uderzeń na powierzchniach przeznaczonych do obróbki
• Pozostałości czarnych wiórków metalicznych
• Inne widoczne nieprawidłowości powierzchniowe

Jeśli te wady nie zostaną wykryte przed obróbką, komponent może już zużyć znaczne zasoby czasu produkcyjnego i procesowego.

Wczesna inspekcja zapobiega marnowaniu w kolejnych etapach produkcji

Umieszczenie systemu inspekcyjnego w punkcie kontroli materiału przyjmowanego zapewnia wcześniejszą bramę jakości.

Gdy wykryto nieprawidłowość, blok cylindra można odrzucić, przesłać do naprawy lub przekierować przed wejściem do kolejnych operacji obróbki.

Podstawowa logika działania to:

Przyjmowany blok cylindra → Inspekcja za pomocą maszynowego widzenia → Klasyfikacja OK / NG → Obróbka lub naprawa

Dzięki temu producenci mogą wykrywać wady dziedziczone lub obecne w przyjmowanym materiale jeszcze przed ich wprowadzeniem do kolejnych etapów produkcji.

2. System inspekcyjny: oddzielne widoki z góry i z boku

Blok cylindra posiada wiele powierzchni do inspekcji, a pojedyncza nieruchoma kamera nie zawsze zapewnia wystarczające pokrycie.

Praktycznym rozwiązaniem jest więc podział zadania inspekcyjnego pomiędzy obrazowanie z góry i z boku .

Inspekcja powierzchni górnej

An Kamera służy do inspekcji górnej powierzchni bloku cylindra.

W opisanym układzie robot przenosi kamerę A i przesuwa ją zgodnie z zaprogramowaną ścieżką inspekcyjną.

Umożliwia to dostosowanie pozycji obrazowania i kąta widzenia do różnych obszarów górnej powierzchni.

Inspekcja powierzchni bocznych

AKamera B znajduje się obok przedmiotu obrabianego.

Blok cylindra jest obracany na stole obrotowym, tak aby różne powierzchnie boczne przechodziły przez pole widzenia aparatu fotograficznego.

Podstawowa sekwencja ruchów to:

Aparat A zamontowany na robotcie → rejestracja obrazu górnej powierzchni

Stół obrotowy + aparat B → rejestracja obrazu powierzchni bocznych

Oprogramowanie do inspekcji przetwarza następnie przechwycone obrazy i wyświetla odpowiedni wynik: OK / NG.

3. Co może wykrywać system wizyjny?

System inspekcyjny można skonfigurować do wykonywania kilku różnych zadań inspekcyjnych.

3.1 Wykrywanie brakujących lub nieprawidłowych otworów

Bloki cylindrów zawierają wiele otworów wykonanych metodą frezowania lub odlewania, o określonym położeniu i układzie.

System może porównać rzeczywisty obraz z zdefiniowanym odniesieniem do położenia otworów w celu identyfikacji:

• Brak otworów
• Dodatkowych otworów
• Nieprawidłowe położenie otworów
• Nieprawidłowe układy otworów
• Nieprawidłowości rozmiaru otworów wykonanych frezarką

Ten rodzaj kontroli jest szczególnie przydatny przy odbiorze odlewów, ponieważ niepoprawny układ otworów mógłby w przeciwnym razie przenieść się do kolejnych procesów obróbki.

Dane odniesienia powinny opierać się na rzeczywistych rysunkach inżynierskich klienta oraz zatwierdzonym układzie otworów.

3.2 Wykrywanie zadrapań i śladów uderzeń

Powierzchnie obrabiane mogą zawierać widoczne zadrapania, wgniecenia lub ślady uderzeń.

Wizja maszynowa może identyfikować nietypowe cechy powierzchni poprzez analizę różnic między oczekiwanym wyglądem powierzchni a przechwyconym obrazem.

Rzeczywista zdolność inspekcyjna zależy od takich czynników jak:

• Wykańczanie powierzchni
• Warunki oświetleniowe
• Rozmiar wad
• Kontrast wad
• Rozdzielczość aparatu
• Kąt inspekcji
• Tekstura tła

Z tego powodu ważne jest przeprowadzenie walidacji próbek przy użyciu rzeczywistych części produkcyjnych przed ostatecznym skonfigurowaniem systemu.

3.3 Wykrywanie czarnych wiórków metalowych

Czarne wiórki metalowe mogą stanowić szczególne wyzwanie.

W przeciwieństwie do dużych, wyraźnie widocznych obcych przedmiotów, drobne wiórki mogą być nierównomiernie rozłożone na powierzchni frezowanej i mogą mieć cechy wizualne podobne do:

• Ciemnych śladów frezowania
• Tekstura powierzchni
• Zabrudzenie oleju
• Cech tła odlewu lub frezowania

Algorytm wizyjny może oceniać takie cechy jak:

• Kształt
• Rozmiar
• Cechy krawędzi
• Stanowisko
• Kontrast w stosunku do otaczającej powierzchni

Jednak gdy wiórkę metalowe są mieszane z olejem lub innymi ciemnymi zanieczyszczeniami, kontrast obrazu może być mniej niezawodny.

Dlatego do walidacji należy używać rzeczywistych próbek zawierających reprezentatywne zanieczyszczenia w postaci wiórek metalowych zamiast polegać wyłącznie na czystych częściach referencyjnych.

4. Elastyczne definiowanie obszarów inspekcji

Różne modele bloków cylindrowych mogą wymagać różnych badań inspekcyjnych.

Zamiast trwale ustalać każdy obszar inspekcji, system może pozwolić użytkownikowi na zdefiniowanie obszarów inspekcji za pośrednictwem interfejsu oprogramowania.

Umożliwia to operatorom lub inżynierom określenie:

• Która powierzchnia wymaga inspekcji
• Który wzór otworów należy sprawdzić
• Które obszary obróbki należy sprawdzić
• Które obszary należy wykluczyć
• Które obszary wymagają wykrywania wad

Po skonfigurowaniu obszarów inspekcji oraz odpowiadających im parametrów można je zapisać jako program produktu.

Jest to szczególnie przydatne w środowiskach produkcyjnych, w których kilka modeli bloków cylindrów korzysta z tego samego systemu inspekcji.

5. Pozycjonowanie kamery przy użyciu robota oraz automatyczne uczenie

Kamera zamontowana na robotie zapewnia dodatkową elastyczność w porównaniu do układu nieruchomej kamery.

Robot może przesuwać kamerę do wstępnie zdefiniowanych pozycji oraz poruszać się po zaprogramowanych ścieżkach inspekcji.

Dzięki automatycznemu uczeniu ścieżek i zarządzaniu programami produktu system może obsługiwać:

• Wiele pozycji inspekcyjnych
• Różne modele bloków cylindrów
• Automatyczne wykonywanie ścieżki kamery
• Przełączanie programów produktowych
• Inspekcja złożonych powierzchni

W przypadku produkcji wielomodelowej elastyczność nie powinna być mylona z nieograniczoną kompatybilnością.

Wymiary przedmiotu, powierzchnie inspekcyjne, pozycjonowanie uchwytu, pole widzenia kamery oraz zasięg robota nadal wymagają oceny dla każdej rodziny produktów.

6. Typowa konfiguracja techniczna

Poniższe parametry opierają się na publicznie dostępnych informacjach o produkcie dla tego typu niestandardowego systemu inspekcyjnego.

Element	Typowa konfiguracja
Rodzaj urządzenia	Niestandardowy / niestandardowy system inspekcyjny oparty na maszynowym widzeniu
Cele inspekcji	Położenie otworów, rozmiar otworów frezowanych, brakujące / dodatkowe otwory, zadrapania, ślady uderzeń, wiórkami metalu
Inspekcja powierzchni górnej	Kamera A zamontowana na robotcie
Inspekcja powierzchni bocznych	Kamera B + stół obrotowy
Obszar kontroli	Obszary zdefiniowane przez użytkownika
Monitorowanie za pomocą kamery	Widok obrazu z kamery w czasie rzeczywistym
Zmiana produktu	Szybka zmiana modeli
Ruch robota	Automatyczne uczenie ścieżki
Takt produkcji	Dostosowane do wymagań produkcyjnych

Dokładna rozdzielczość kamery, obiektyw, oświetlenie, model robota, algorytm przetwarzania oraz czas cyklu powinny zostać określone poprzez testy próbkowe i wymagania produkcyjne.

7. Kluczowe kwestie do rozważenia przy wyborze

7.1 Czarne wiórków metalowych stanowią wyzwanie weryfikacyjne

Małe czarne wiórków metalowych mogą wizualnie przypominać ciemne cechy powierzchni lub zanieczyszczenia olejowe.

Zaleca się dostarczenie próbek reprezentujących następujące przypadki przed ostatecznym ustaleniem systemu inspekcji:

• Czyste powierzchnie po obróbce skrawaniem
• Typowy schemat tekstury powierzchni
• Typowe zanieczyszczenie wiórkami metalowymi
• Różne rozmiary wiórków
• Różne orientacje wiórków
• Warunki zanieczyszczenia olejem

To pozwala na przetestowanie systemu wizyjnego w realistycznych warunkach produkcyjnych.

7.2 Inspekcja otworów wymaga dokładnej referencji

Inspekcja położenia otworów zależy od wiarygodnych informacji referencyjnych.

Dostawca powinien otrzymać odpowiednie rysunki inżynieryjne lub zatwierdzone dane dotyczące układu otworów, aby system mógł rozróżnić:

• Wymagane otwory
• Otwory opcjonalne
• Otwory technologiczne
• Otwory referencyjne
• Niepożądane lub dodatkowe otwory

W przeciwnym razie prawidłowa cecha technologiczna może zostać błędnie zinterpretowana jako nieprawidłowy otwór.

7.3 Wielomodelowa produkcja wymaga zarządzania programem

Użytkownik może definiować obszary inspekcji oraz stosować automatyczne uczenie robota, co zwiększa elastyczność zmian modeli.

Jednak w przypadku linii produkcyjnej obsługującej wiele modeli bloków cylindrowych zwykle bardziej efektywne jest wcześniejsze przygotowanie i walidacja programu inspekcji dla każdego modelu.

Może to zmniejszyć:

• Czas zmiany
• Ręczną konfigurację
• Przerwy w produkcji
• Ryzyko nieprawidłowych parametrów inspekcji

7.4 Lokalizacja inspekcji powinna być zgodna z takt time produkcji

Stację inspekcji przyjmującej należy ocenić łącznie z systemem obsługi materiałów.

Pełny cykl powinien obejmować:

Wgranie → Pozycjonowanie → Przechwytywanie obrazu → Przetwarzanie obrazu → Wyświetlanie wyników → Wyjęcie

Jeśli przechwytywanie obrazu przebiega szybko, ale pozycjonowanie przedmiotu roboczego lub ruch robota trwa zbyt długo, stacja inspekcji nadal może stać się wąskim gardłem produkcji.

Dlatego walidacja czasu cyklu powinna obejmować pełna sekwencja inspekcji , a nie tylko czas naświetlania kamery.

8. Inspekcja wizyjna maszynowa w Big Bird Industrial

Big Bird Industrial, dawniej Harbin Shimada Big Bird Industrial, dostarcza zintegrowanych rozwiązań przemysłowego czyszczenia i inspekcji wizyjnej maszynowej do zastosowań motocyklowych oraz precyzyjnego przemysłu produkcyjnego.

Jego specjalistyczna działalność w zakresie inspekcji wizyjnej, CN ISEE , obejmuje kilka obszarów zastosowań, w tym:

• Orient See — inspekcja wymiarowa i geometryczna
• Surface See — inspekcja wad powierzchniowych
• Inspekcja montażu — inspekcja montażu i zapobieganie błędom
• Inspekcja wewnętrzna — inspekcja otworów wewnętrznych i ścian wewnętrznych
• Inspekcja malowania — inspekcja wad powierzchni malowanej
• Algorytm i platforma oprogramowania — oprogramowanie i rozwiązania algorytmiczne do przemysłowego widzenia maszynowego

The Surface See seria skupia się na kontroli powierzchni i wyglądu na różnych etapach produkcji, w tym kontroli przyjmowanych materiałów, procesów obróbki skrawaniem oraz kontroli końcowej.

Dla bloków cylindrów konfiguracja inspekcji może uwzględniać rzeczywiste typy wad klienta, powierzchnie inspekcyjne, modele produktów oraz takt produkcji.

9. Najczęściej zadawane pytania

Pytanie: Dlaczego bloki cylindrów inspektuje się przed frezowaniem, a nie po frezowaniu?

Inspekcja przyjmowana ma na celu wykrycie wad powstałych w trakcie odlewania lub w poprzednich procesach, zanim zostaną zużyte dodatkowe zasoby produkcyjne.

Jeśli na wejściu linii frezowania wykryto nieprawidłowy układ otworów lub wyraźną wadę powierzchniową, komponent można przekierować do przeróbki lub odrzucić jeszcze przed rozpoczęciem kolejnych operacji.

Pytanie: Jak rozróżnić ciemne wiórków metalowych od ciemnych tekstur po frezowaniu?

System może analizować wiele cech obrazu, w tym kształt, rozmiar, cechy krawędzi, położenie oraz kontrast.

Jednak rozróżnienie staje się trudniejsze, gdy wiórki metalowe są zmieszane z olejem lub gdy sama powierzchnia po frezowaniu charakteryzuje się intensywną teksturą.

Dlatego testowanie za pomocą reprezentatywnych próbek produkcyjnych jest ważną częścią walidacji systemu.

Pytanie: Czy konfiguracja obszaru inspekcji zdefiniowanego przez użytkownika jest trudna w obsłudze?

Obszar inspekcji definiuje się za pośrednictwem interfejsu oprogramowania do przemysłowego widzenia maszynowego i zwykle można go zapisać jako część odpowiedniego programu produktu.

Dla niewielkiej liczby modeli produktów operatorzy mogą zarządzać tą konfiguracją po przeszkoleniu. W przypadku większych projektów obejmujących wiele modeli programy inspekcyjne mogą zostać przygotowane i zwalidowane przez dostawcę systemu w trakcie uruchamiania.

Pytanie: Czy ten sam system może inspekcjonować głowy cylindrów lub inne komponenty?

System może być zaprojektowany z funkcją szybkiej zmiany modelu oraz automatycznego uczenia ścieżki robota.

Jednak zgodność zależy od rzeczywistych wymiarów, powierzchni inspekcji, metody pozycjonowania, pola widzenia aparatu, zasięgu robota oraz wymagań inspekcyjnych.

Z tego powodu przed potwierdzeniem, czy różne komponenty mogą korzystać z tego samego systemu inspekcji, należy ocenić listę produktów oraz próbki części.

Wniosek

Zautomatyzowana inspekcja powierzchni bloku cylindrów nie sprowadza się po prostu do umieszczenia aparatu nad przedmiotem.

Dla złożonych komponentów wiarygodna inspekcja może wymagać wielu aparatów, pozycjonowania aparatu przy użyciu robota, ruchu stołu obrotowego, programów inspekcyjnych dostosowanych do konkretnego produktu oraz algorytmów wizyjnych zaprojektowanych specjalnie dla danej aplikacji .

W przypadku inspekcji przychodzących bloków cylindrów zintegrowany system może rozwiązać trzy kluczowe zagrożenia jakości:

Błędy układu otworów → Zarysowania i ślady uderzeń na powierzchni → Zanieczyszczenie czarnymi wiórkami metalu

Przenosząc inspekcję w górę linii produkcyjnej, producenci mogą wykrywać wadliwe elementy przychodzące jeszcze przed zużyciem mocy frezarskiej i zasobów produkcyjnych w dalszej części procesu.

Najważniejszym krokiem przed doborem sprzętu nie jest więc wybór aparatu – lecz określenie tego, co należy wykryć, gdzie się to pojawia, jak duże jest uszkodzenie, jak porusza się przedmiot oraz jaki takt produkcyjny należy osiągnąć.

Big Bird Industrial / CN ISEE może opracować spersonalizowane konfiguracje inspekcji wizyjnej maszynowej zgodnie z tymi wymaganiami aplikacyjnymi, w tym systemy kamerowe, inspekcję z wykorzystaniem robotów, pozycjonowanie obrotowe oraz oprogramowanie do inspekcji dostosowane do konkretnych produktów.