Inspeção de Defeitos na Superfície do Virabrequim: Inspeção Visual de Cobertura Total dos Mancais Principais e dos Mancais de Biela com Detecção por Endoscópio

Visão Geral

Virabrequins são componentes rotativos complexos com múltiplos munhões, contrapesos, áreas de flange, ranhuras de chaveta e furos internos. Um sistema de inspeção confiável deve, portanto, abranger não apenas defeitos na superfície visível, mas também áreas profundas ou internas que não podem ser inspecionadas de forma eficaz com câmeras externas convencionais.

A solução de inspeção visual de virabrequim da Big Bird Industrial combina múltiplas câmeras de varredura de área, endoscópios personalizados, posicionamento robótico, visão computacional baseada em aprendizado profundo e rastreabilidade por código. O sistema foi projetado para inspecionar defeitos na superfície do virabrequim, verificar a penetração dos furos de alívio nos contrapesos, detectar objetos estranhos no interior dos furos centrais e ler os códigos de identificação do produto.

Para a aplicação referida, o ciclo de inspeção publicado é de 48 segundos, sendo o tempo takt real configurável conforme a peça trabalhada e os requisitos de inspeção.

1. Por que a inspeção de virabrequim é desafiadora

O virabrequim é um componente essencial do trem de força, responsável por converter o movimento alternado do pistão em saída rotacional. Sua geometria é altamente tridimensional, com munhões principais e munhões de biela distribuídos ao longo do eixo e conectados por braços de manivela e contrapesos.

Dependendo do projeto do virabrequim, a inspeção pode abranger:

• Munhões principais
• Munhões de biela
• Munhões longos
• Munhões de flange
• Superfícies das flanges
• Rasgos de chaveta
• Furos centrais
• Furos de alívio de contrapeso
• Pequenas faces extremas

Embora muitas dessas áreas tenham superfícies metálicas semelhantes, os defeitos potenciais podem variar significativamente. Os alvos típicos de inspeção incluem:

• Marcas de impacto
• Riscos
• Manchas
• Marcas de abrasão
• INCLUSÕES
• Rachaduras
• Camada negra ou áreas com revestimento negro
• Falta de Material
• Contaminação por óleo ou água

O desafio torna-se maior porque um virabrequim é um componente rotativo com múltiplos ângulos de inspeção. Uma estação convencional com câmera fixa pode não oferecer cobertura suficiente de todas as superfícies exigidas. O sistema de inspeção precisa, portanto, de movimento coordenado e aquisição de imagens sob múltiplos ângulos.

Penetração lateral nos furos de alívio de contrapeso

Um item de inspeção particularmente importante é a penetração lateral nos furos de alívio de contrapeso.

Furos de alívio são usinados para ajustar o equilíbrio do virabrequim e reduzir massa desnecessária. Se um furo perfurar uma superfície ou parede adjacente, isso pode afetar a integridade estrutural local e criar uma possível região de concentração de tensões.

Como esse defeito pode ser difícil de identificar por meio de uma inspeção externa, a inspeção interna do furo com um endoscópio personalizado pode fornecer um método de detecção mais adequado.

2. Solução de Inspeção: Visão Multicâmera + Endoscópios Personalizados

O sistema de inspeção do virabrequim utiliza múltiplos métodos de imagem para abordar tanto as superfícies externas quanto áreas internas de difícil acesso.

O escopo de inspeção publicado inclui:

Integridade do Código QR

O sistema verifica se o código QR do virabrequim está completo e legível, fornecendo uma base para identificação do produto e rastreabilidade downstream.

Penetração lateral nos furos de alívio de contrapeso

Endoscópios personalizados são utilizados para inspecionar a geometria interna dos furos de alívio e identificar perfurações anormais em áreas adjacentes.

Detecção de Corpos Estranhos no Furo Central

A condição interna do furo central do virabrequim pode ser inspecionada quanto à presença de objetos estranhos ou contaminação que possam não ser visíveis a partir de uma câmera externa.

Inspeção de Defeitos na Pequena Face

As pequenas faces dos longos munhões podem ser inspecionadas quanto a:

• Marcas de impacto
• Riscos
• Manchas
• Abrasão
• INCLUSÕES
• Rachaduras
• Escala preta
• Falta de Material
• Contaminação por óleo e água

Inspeção de Flange

A área do flange também pode ser incluída no programa de inspeção visual para identificar defeitos superficiais especificados.

Inspeção de Munhões e Ranhuras de Chaveta

O sistema pode inspecionar as superfícies de:

• Munhões principais
• Munhões de biela
• Munhões longos
• Munhões de flange
• Rasgos de chaveta

Essa abordagem multifacetada permite configurar o programa de inspeção de acordo com a geometria real do virabrequim e os critérios de aceitação definidos pelo cliente.

3. Câmera e Configuração de Hardware

O sistema referenciado utiliza uma combinação de câmeras de varredura de área de alta resolução e boroscópios personalizados.

Sistema de Imagem

• câmeras de varredura de área de 5 MP: 2 unidades
• câmeras de varredura de área de 20 MP: 12 unidades
• Boroscópios personalizados: 3 conjuntos
• Fontes de luz de grande área: 1 conjunto
• Luzes de barra: 2 conjuntos

As câmeras externas fornecem imagens de alta resolução das superfícies visíveis do virabrequim, enquanto os boroscópios estendem a capacidade de inspeção para áreas como furos centrais e furos de alívio.

Visão e Controle

O sistema integra:

• Leitura de QR/código
• Inspeção de Visão Computacional
• Algoritmos de aprendizado profundo
• Rastreabilidade das inspeções
• Análise de dados de inspeção
• Regiões de inspeção definidas pelo usuário
• Visualização remota de inspeção

O sistema de controle utiliza dois computadores industriais da Advantech (AAEON), conforme a configuração de equipamentos publicada.

Posicionamento robótico

As configurações de robôs colaborativos podem utilizar marcas incluindo:

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

O robô move o sistema de imagem ou coordena a posição de inspeção de acordo com o percurso de inspeção programado.

4. Especificações Técnicas

As especificações a seguir baseiam-se nas informações públicas disponíveis sobre o sistema de inspeção referenciado.

O ciclo de 48 segundos é um valor de aplicação publicado, e não uma garantia universal de tempo de ciclo. O tempo de ciclo real deve ser calculado com base na geometria do virabrequim, no número de pontos de inspeção, na configuração das câmeras, no percurso do robô e nos critérios de inspeção exigidos.

5. Principais considerações ao selecionar um sistema de inspeção por visão para virabrequins

5.1 Definir os itens de inspeção por localização

Os virabrequins contêm muitas áreas de inspeção, e diferentes áreas podem ter critérios distintos de defeitos.

Antes do projeto do equipamento, a especificação de inspeção deve definir claramente:

• Quais superfícies devem ser inspecionadas
• Quais tipos de defeitos devem ser detectados
• Condições aceitáveis e inaceitáveis
• Resolução de imagem exigida
• Se a rastreabilidade é exigida

Isso reduz ajustes repetidos do algoritmo durante a comissionamento.

5.2 Avaliar a acessibilidade de furos profundos

Para a inspeção de objetos estranhos em furos centrais e a inspeção de penetração lateral em furos de alívio, a questão-chave não é simplesmente a resolução da câmera.

O projeto deve avaliar:

• Diâmetro do Buraco
• Profundidade do buraco
• Geometria interna
• Acessibilidade do endoscópio
• Ângulo de visualização obrigatório
• Condições de iluminação

Pode ser necessária uma configuração personalizada de boroscópio quando a área de inspeção não puder ser observada diretamente por uma câmera externa.

5.3 Considerar a leitura de códigos como um indicador de desempenho distinto

A inspeção por QR-code está diretamente ligada à rastreabilidade do produto.

Portanto, a leitura de códigos deve ser validada de forma independente em relação à detecção de defeitos, incluindo:

• Taxa de sucesso na leitura
• Localização do código
• Condição da Superfície
• Contraste
• Qualidade da marcação
• Relação entre os dados do código e os resultados da inspeção

5.4 Validar o takt de 48 segundos

Inspeccionar diversas áreas dentro de um único ciclo exige aquisição paralela de imagens e movimentação otimizada do robô.

Durante a integração do sistema, o cálculo do tempo de ciclo deve incluir:

1. Carga da peça
2. Posicionamento
3. Movimento do robô
4. Aquisição de imagem
5. Processamento do algoritmo
6. Leitura de códigos
7. Emissão do resultado
8. Descarga da peça

O ciclo publicado de 48 segundos deve, portanto, ser tratado como uma referência para uma aplicação específica, e não como um valor fixo para todos os virabrequins.

6. Visão por aprendizado profundo para múltiplos tipos de defeitos em virabrequins

A inspeção de virabrequins envolve categorias de defeitos com características visuais significativamente distintas. Um único método convencional baseado em regras para processamento de imagens pode não ser suficiente para cada item de inspeção.

A solução referenciada utiliza visão computacional baseada em aprendizado profundo, juntamente com regiões de inspeção definidas conforme as diferentes áreas do virabrequim.

Para projetos práticos, é importante dispor de amostras suficientes de defeitos tanto para treinamento quanto para validação.

Isso é particularmente relevante para defeitos tais como:

• INCLUSÕES
• Escala preta
• Arranhões na superfície
• Marcas de impacto
• Abrasão
• Falta de Material

A preparação de amostras é frequentemente uma das etapas mais importantes de um projeto de visão computacional. O sistema necessita de exemplos representativos tanto de produtos OK quanto de diferentes tipos de condições NG para estabelecer critérios confiáveis de inspeção.

7. Capacidades de Inspeção por Visão Computacional da Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), anteriormente Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., fornece soluções integradas que abrangem limpeza industrial de precisão e inspeção por visão computacional para aplicações automotivas e de manufatura de precisão.

Seu negócio de visão computacional está organizado em torno de áreas especializadas de inspeção, incluindo:

• Orient See — inspeção dimensional e geométrica
• Surface See — inspeção de defeitos superficiais
• Assembly See — inspeção de montagem e poka-yoke
• Inner See — inspeção de furos internos e paredes internas
• Paint See — inspeção de defeitos em superfícies pintadas
• Algorithm & Software Platform — algoritmos de visão computacional e sistemas de software

Para aplicações em virabrequins, o Surface See pode abordar a inspeção de defeitos em superfícies externas, enquanto o Inner See pode ser aplicado a requisitos de inspeção que envolvam furos internos e áreas de difícil acesso.

Essa combinação permite integrar diferentes tecnologias de inspeção conforme a geometria e os requisitos de qualidade do componente do trem de força.

Perguntas Frequentes

Por que é necessário detectar a perfuração lateral dos furos de alívio?

Os furos de alívio são utilizados para ajustar o equilíbrio do virabrequim e reduzir massa desnecessária. Se a usinagem causar a perfuração de um furo em uma parede ou superfície adjacente, a estrutura local pode ser comprometida e a região pode se tornar um local potencial de concentração de tensões.

Como o defeito pode não ser visível a partir do exterior do furo, um endoscópio pode ser usado para inspecionar a área interna.

Um único algoritmo de visão pode detectar todos os tipos de defeitos na superfície de virabrequins?

Não necessariamente.

Defeitos no virabrequim podem diferir consideravelmente em forma, textura, contraste e localização. Algoritmos de aprendizado profundo podem ser configurados para diferentes categorias de defeitos e regiões de inspeção, mas um desempenho confiável depende fortemente de amostras representativas para treinamento e validação.

Defeitos como inclusões e escamas pretas podem ser particularmente dependentes das características do material e da superfície, tornando a coleta de amostras uma parte importante do projeto.

Quarenta e oito segundos realmente conseguem cobrir tantas áreas de inspeção?

O sistema referido utiliza múltiplas câmeras operando em paralelo, com câmeras distintas atribuídas a diferentes regiões de inspeção. O posicionamento robótico também pode mover o sistema de imagem para as localizações exigidas pela inspeção.

O ciclo publicado de 48 segundos aplica-se à aplicação referida. O tempo takt real deve ser calculado com base no virabrequim específico, na cobertura de inspeção, no percurso do robô e nos requisitos de processamento de imagens.

Contaminação por óleo ou água pode ser confundida com um defeito superficial?

Sim.

Óleo e água podem criar reflexos, áreas escuras ou outros padrões visuais que podem assemelhar-se a certos defeitos de superfície. Por isso, são listados como alvos específicos de inspeção no sistema referido.

Algoritmos de imagem podem utilizar características como forma e localização para distinguir diferentes condições. Contudo, se houver excesso de óleo ou água permanecendo na peça, uma etapa anterior de sopro ou limpeza pode ajudar a reduzir a interferência visual antes da inspeção.

Conclusão

A inspeção visual de virabrequins não é simplesmente uma questão de instalar uma câmera de alta resolução. A geometria complexa dos virabrequins exige uma combinação de imagens multiângulo, posicionamento robótico, endoscópios personalizados, algoritmos de aprendizado profundo e funções de rastreabilidade.

Para os mancais externos, superfícies de flange e ranhuras de chaveta, a visão multi-câmera oferece cobertura ampla da superfície. Para furos centrais e furos de alívio nos contrapesos, a inspeção por endoscópio estende a visão computacional para áreas que câmeras externas convencionais não conseguem observar diretamente.

Para a aplicação referida, o sistema fornece um ciclo de inspeção publicado de 48 segundos, com a configuração final e o takt determinados pela geometria específica do virabrequim e pelos requisitos de inspeção.