Inspeția defectelor de suprafață ale arborelui cotit: inspecție vizuală complet acoperitoare a journal-urilor principale și ale celor de bielă, cu detectare prin boroscop

Prezentare generală

Arborii cotiți sunt componente rotative complexe, cu mai multe journal-uri, contragreutăți, zone de flanșă, canale de pană și găuri interne. Un sistem de inspecție fiabil trebuie, așadar, să acopere nu doar defecțiunile vizibile de suprafață, ci și zonele adânci sau interne care nu pot fi inspectate eficient cu camere exterioare convenționale.

Soluția Big Bird Industrial de inspecție vizuală a arborelui cu came combină mai multe camere de tip area-scan, boroscopuri personalizate, poziționare robotică, viziune artificială bazată pe învățare profundă și trasabilitate codurilor. Sistemul este conceput pentru a inspecta defecțiunile de suprafață ale arborelui cu came, a verifica pătrunderea găurilor de ușurare ale contragreutăților, a detecta obiecte străine din interiorul găurilor centrale și a citi codurile de identificare ale produselor.

Pentru aplicația menționată, ciclul de inspecție publicat este de 48 de secunde, iar tactul real este configurabil în funcție de piesa de prelucrat și de cerințele de inspecție.

1. De ce este dificilă inspecția arborelui cu came

Arborele cu came este un component esențial al transmisiei, responsabil cu transformarea mișcării alternative a pistonului în mișcare de rotație. Geometria sa este extrem de tridimensională, cu journaluri principale și journaluri de bielă distribuite de-a lungul arborelui și conectate prin brațe de manivelă și contragreutăți.

În funcție de proiectarea arborelui cu came, inspecția poate acoperi:

• Journaluri principale
• Journaluri de bielă
• Journaluri lungi
• Journaluri de flanșă
• Suprafețe de flanșă
• Caneluri
• Găuri centrale
• Găuri de ușurare ale contragreutății
• Fețe mici terminale

Deși multe dintre aceste zone au suprafețe metalice similare, defecțiunile potențiale pot varia semnificativ. Obiectivele tipice de inspecție includ:

• Urmări de impact
• Șurseale
• Măcarani
• Urmări de uzură
• INCLUDERI
• Crăpături
• Stratul negru (black scale) sau zonele cu strat negru (black-skin)
• Lipsa materialelor
• Contaminare cu ulei sau apă

Provocarea devine mai mare deoarece un arbore cu came este un component rotitor cu mai multe unghiuri de inspecție. O stație convențională cu cameră fixă poate nu oferi o acoperire suficientă a tuturor suprafețelor necesare. Sistemul de inspecție necesită, așadar, o mișcare coordonată și achiziția de imagini din mai multe unghiuri.

Penetrare laterală în găurile de ușurare ale contragreutății

Un element de inspecție deosebit de important este penetrarea laterală în găurile de ușurare ale contragreutății.

Găurile de ușurare sunt prelucrate pentru a ajusta echilibrul arborelui cotit și pentru a reduce masa inutilă. Dacă o gaură pătrunde într-o suprafață sau perete adiacent, aceasta poate afecta integritatea structurală locală și poate crea o zonă potențială de concentrare a tensiunilor.

Deoarece acest defect poate fi dificil de identificat dintr-o perspectivă externă, inspecția din interiorul găurii, cu ajutorul unui endoscop personalizat, oferă o metodă de detectare mai adecvată.

2. Soluția de inspecție: Viziune multi-cameră + Endoscoape personalizate

Sistemul de inspecție al arborelui cotit folosește mai multe metode de imagistică pentru a acoperi atât suprafețele exterioare, cât și zonele interioare dificil de accesat.

Domaniul de inspecție publicat include:

Integritatea codului QR

Sistemul verifică dacă codul QR al arborelui cotit este complet și lizibil, oferind o bază pentru identificarea produsului și trasabilitatea în aval.

Penetrare laterală în găurile de ușurare ale contragreutății

Endoscoapele personalizate sunt utilizate pentru a inspecta geometria internă a găurilor de ușurare și pentru a identifica pătrunderile anormale în zonele adiacente.

Detectarea obiectelor străine în gaura centrală

Starea interioară a găurii centrale a arborelui cu manivele poate fi inspectată pentru obiecte străine sau contaminare care nu pot fi vizibile dintr-o cameră externă.

Inspecția defectelor de pe fața mică

Fețele mici ale journal-urilor lungi pot fi inspectate pentru:

• Urmări de impact
• Șurseale
• Măcarani
• Uscare
• INCLUDERI
• Crăpături
• Strat negru
• Lipsa materialelor
• Contaminare cu ulei și apă

Inspeția flanșei

Zona flanșei poate fi, de asemenea, inclusă în programul de inspecție vizuală pentru identificarea defectelor de suprafață specificate.

Inspeția journal-urilor și a canalelor de pană

Sistemul poate inspecta suprafețele:

• Journaluri principale
• Journaluri de bielă
• Journaluri lungi
• Journaluri de flanșă
• Caneluri

Această abordare multi-zonală permite configurarea programului de inspecție în funcție de geometria reală a arborelui cu manivele și de criteriile de acceptare definite de client.

3. Camera și configurația hardware

Sistemul referit folosește o combinație de camere cu scanare pe suprafață de înaltă rezoluție și endoscopuri personalizate.

Sistem de Imaginare

• camere cu scanare pe suprafață de 5 MP: 2 bucăți
• camere cu scanare pe suprafață de 20 MP: 12 bucăți
• Endoscopuri personalizate: 3 seturi
• Surse de lumină pe suprafață extinsă: 1 set
• Lumină bară: 2 seturi

Camerele exterioare oferă imagistică de înaltă rezoluție a suprafețelor vizibile ale arborelui cotit, în timp ce endoscopurile extind capacitatea de inspecție în zone precum găurile centrale și găurile de ușurare.

Viziune și control

Sistemul integrează:

• Citirea codurilor QR
• Inspeție prin viziune artificială
• Algoritmi de învățare profundă
• Trasabilitatea inspecțiilor
• Analiza datelor de inspecție
• Regiuni de inspecție definite de utilizator
• Vizualizarea inspecțiilor la distanță

Sistemul de control utilizează două calculatoare industriale Advantech (AAEON), conform configurației echipamentelor publicate.

Poziționare robotică

Configurațiile robotului colaborativ pot folosi mărci inclusiv:

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

Robotul deplasează sistemul de imagistică sau coordonează poziția de inspecție conform traseului de inspecție programat.

4. Specificații tehnice

Următoarele specificații se bazează pe informațiile publice disponibile despre sistemul de inspecție menționat.

Ciclul de 48 de secunde este o valoare aplicațională publicată, nu o garanție universală a timpului de ciclu. Timpul real de ciclu trebuie calculat în funcție de geometria arborelui cotit, numărul de puncte de inspecție, configurația camerelor, traiectoria robotului și criteriile de inspecție necesare.

5. Considerente cheie la selectarea unui sistem de inspecție vizuală pentru arbori cotiți

5.1 Definirea elementelor de inspecție după locație

Arborii cotiți conțin multe zone de inspecție, iar zonele diferite pot avea criterii diferite privind defecțiunile.

Înainte de proiectarea echipamentului, specificația de inspecție trebuie să definească clar:

• Care suprafețe trebuie inspectate
• Ce tipuri de defecțiuni trebuie detectate
• Condițiile acceptabile și neacceptabile
• Rezoluția necesară a imaginii
• Dacă este necesară trasabilitatea

Aceasta reduce ajustările repetitive ale algoritmului în timpul punerii în funcțiune.

5.2 Evaluarea accesibilității găurilor adânci

Pentru inspecția obiectelor străine din găurile centrale și pentru inspecția de penetrare laterală prin găurile de ușurare, întrebarea cheie nu este doar rezoluția camerei.

Proiectul trebuie să evalueze:

• Diametrul orificiului
• Adâncimea Găurii
• Geometrie internă
• Accesibilitatea boroscopului
• Unghiul de vizualizare necesar
• Condiții de iluminare

Poate fi necesară o configurație personalizată a boroscopului atunci când zona de inspecție nu poate fi observată direct de o cameră externă.

5.3 Tratați citirea codurilor ca un indicator de performanță separat

Inspecția cu cod QR este legată direct de trasabilitatea produsului.

Prin urmare, citirea codurilor trebuie validată independent de detectarea defectelor, inclusiv:

• Rata de succes a citirii
• Locația codului
• Starea suprafeței
• Contrast
• Calitatea marcarii
• Relația dintre datele codului și rezultatele inspecției

5.4 Validați tactul de 48 de secunde

Inspectarea mai multor zone într-un singur ciclu necesită achiziția paralelă de imagini și o mișcare optimizată a robotului.

În timpul integrării sistemului, calculul timpului de ciclu trebuie să includă:

1. Încărcarea piesei de prelucrat
2. Poziţionarea
3. Mișcarea robotului
4. Capturarea imaginilor
5. Prelucrarea algoritmului
6. Citirea codurilor
7. Afisarea rezultatelor
8. Descărcarea piesei de prelucrat

Ciclul publicat de 48 de secunde trebuie astfel tratat ca o referință pentru o aplicație specifică, nu ca o valoare fixă pentru fiecare arbore cu came.

6. Viziune bazată pe învățare profundă pentru mai multe tipuri de defecte la arborii cu came

Inspectarea arborilor cu came implică categorii de defecte cu caracteristici vizuale semnificativ diferite. O singură metodă convențională bazată pe reguli pentru procesarea imaginilor poate să nu fie suficientă pentru fiecare element de inspecție.

Soluția menționată folosește viziunea artificială bazată pe învățare profundă împreună cu regiuni de inspecție definite în funcție de diferitele zone ale arborelui cu came.

Pentru proiectele practice, eșantioanele suficiente de defecțiuni sunt importante atât pentru antrenare, cât și pentru validare.

Aceasta este în special relevantă pentru defecțiunile de tipul:

• INCLUDERI
• Strat negru
• Scratch-uri pe suprafață
• Urmări de impact
• Uscare
• Lipsa materialelor

Pregătirea eșantioanelor este adesea una dintre cele mai importante etape ale unui proiect de viziune artificială. Sistemul necesită exemple reprezentative atât ale produselor OK, cât și ale diferitelor tipuri de condiții NG, pentru a stabili criterii de inspecție fiabile.

7. Capacitățile de inspecție prin viziune artificială ale Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), anterior Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., oferă soluții integrate care acoperă curățarea industrială de precizie și inspecția prin viziune artificială pentru aplicații din domeniul automotive și al fabricației de precizie.

Activitatea sa de viziune artificială este organizată în jurul unor domenii specializate de inspecție, inclusiv:

• Orient See — inspecție dimensională și geometrică
• Surface See — inspecție a defectelor de suprafață
• Assembly See — inspecție a asamblărilor și poka-yoke
• Inner See — inspecție a găurilor interioare și a pereților interiori
• Paint See — inspecție a defectelor de suprafață a vopselei
• Algoritm și platformă software — algoritmi de viziune și sisteme software

Pentru aplicațiile cu arbore cotit, Surface See poate rezolva inspecția defectelor de suprafață exterioară, în timp ce Inner See poate fi aplicat cerințelor de inspecție care implică găuri interioare și zone de acces dificil.

Această combinație permite integrarea diferitelor tehnologii de inspecție în funcție de geometria și de cerințele de calitate ale componentei transmisiei.

Întrebări frecvente

De ce trebuie detectată pătrunderea pe partea găurii de ușurare a contragreutății?

Găurile de ușurare sunt utilizate pentru a ajusta echilibrul arborelui cotit și pentru a reduce masa inutilă. Dacă prelucrarea provoacă pătrunderea unei găuri într-un perete sau o suprafață adiacentă, structura locală poate fi afectată, iar zona respectivă poate deveni un punct potențial de concentrare a tensiunilor.

Deoarece defectul poate să nu fie vizibil din exteriorul găurii, se poate folosi un endoscop pentru a inspecta zona interioară.

Poate un singur algoritm de viziune să detecteze toate tipurile de defecte de suprafață ale arborelui cotit?

Nu neapărat.

Defectele arborelui cotit pot diferi considerabil din punct de vedere al formei, texturii, contrastului și locației. Algoritmii de învățare profundă pot fi configurați pentru diverse categorii de defecte și zone de inspecție, dar performanța fiabilă depinde în mare măsură de eșantioane reprezentative pentru antrenament și validare.

Defectele precum incluziunile și crusta neagră pot depinde în mod special de caracteristicile materialului și ale suprafeței, fapt care face colectarea eșantioanelor o componentă importantă a proiectului.

Pot 48 de secunde acoperi cu adevărat atât de multe zone de inspecție?

Sistemul referit folosește mai multe camere care funcționează în paralel, fiecare cameră fiind atribuită unei anumite zone de inspecție. Poziționarea robotică poate de asemenea deplasa sistemul de imagistică în locațiile necesare pentru inspecție.

Ciclul publicat de 48 de secunde se aplică aplicației referite. Timpul takt real trebuie calculat pe baza arborelui cotit specific, acoperirii de inspecție, traseului robotului și cerințelor de procesare a imaginilor.

Pot contaminanții sub formă de ulei sau apă fi interpretați greșit ca defecte de suprafață?

Da.

Uleiul și apa pot crea reflexii, zone întunecate sau alte modele vizuale care pot semăna cu anumite defecte de suprafață. Prin urmare, acestea sunt enumerate ca ținte specifice de inspecție în sistemul referit.

Algoritmii de imagine pot folosi caracteristici precum formă și poziție pentru a distinge stări diferite. Totuși, dacă pe piesa de prelucrat rămâne o cantitate excesivă de ulei sau apă, suflarea sau curățarea din amonte pot reduce interferența vizuală înainte de inspecție.

Concluzie

Inspecția vizuală a arborelui cotit nu este doar o chestiune de instalare a unei camere de înaltă rezoluție. Geometria complexă a arborilor cotiți necesită o combinație de imagistică multiunghiulară, poziționare robotică, endoscopuri personalizate, algoritmi de învățare profundă și funcții de trasabilitate.

Pentru journal-urile exterioare, suprafețele flanșelor și canalele de pană, vizionarea multi-cameră oferă o acoperire amplă a suprafeței. Pentru găurile centrale și găurile de ușurare ale contragreutăților, inspecția cu endoscop extinde viziunea mașinii în zone pe care camerele exterioare convenționale nu le pot observa direct.

Pentru aplicația menționată, sistemul oferă un ciclu de inspecție publicat de 48 de secunde, iar configurația finală și tactul sunt determinate de geometria specifică a arborelui cu came și de cerințele de inspecție.