Инспекция дефектов поверхности коленчатого вала: полное визуальное обследование основных и шатунных шеек с применением бороскопа

Обзор

Коленчатые валы — это сложные вращающиеся компоненты с несколькими шейками, противовесами, фланцевыми участками, шпоночными пазами и внутренними отверстиями. Надёжная система инспекции должна охватывать не только видимые поверхностные дефекты, но и глубокие или внутренние области, которые невозможно эффективно проверить с помощью обычных внешних камер.

Решение Big Bird Industrial для визуального контроля коленчатых валов объединяет несколько камер площадного сканирования, специализированные эндоскопы, роботизированную систему позиционирования, машинное зрение на основе глубокого обучения и прослеживаемость кодов.

Для указанного применения заявленный цикл контроля составляет 48 секунд; фактический такт может быть настроен в зависимости от заготовки и требований к контролю.

1. Почему контроль коленчатых валов представляет сложность

Коленчатый вал — ключевой элемент трансмиссии, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение. Его геометрия имеет высокую степень трёхмерности: основные и шатунные шейки расположены вдоль вала и соединены щеками и противовесами.

В зависимости от конструкции коленчатого вала контроль может охватывать:

• Основные шейки
• Шатунные шейки
• Длинные шейки
• Фланцевые шейки
• Поверхности фланцев
• Шпоночные канавки
• Центральные отверстия
• Отверстия для облегчения противовеса
• Малые торцевые поверхности

Хотя многие из этих областей имеют схожие металлические поверхности, потенциальные дефекты могут значительно различаться. Типичные объекты контроля включают:

• Следов ударов
• Царапины
• Пятна
• Следы истирания
• ВКЛЮЧЕНИЯ
• Трещины
• Чёрная окалина или участки с чёрной коркой
• Нехватка материалов
• Загрязнение маслом или водой

Задача усложняется тем, что коленчатый вал является вращающимся компонентом с множеством углов контроля. Стационарная камера традиционной контрольной станции может не обеспечить достаточного охвата всех требуемых поверхностей. Поэтому система контроля должна обеспечивать согласованное перемещение и многократный сбор изображений под разными углами.

Проникновение со стороны отверстий для облегчения противовеса

Одним из особенно важных пунктов контроля является проникновение со стороны отверстий для облегчения противовеса.

Отверстия для облегчения обрабатываются для регулировки баланса коленчатого вала и снижения избыточной массы. Если отверстие прорезает соседнюю поверхность или стенку, это может повлиять на локальную структурную целостность и создать потенциальную зону концентрации напряжений.

Поскольку данный дефект трудно выявить при внешнем осмотре, инспекция изнутри отверстия с помощью специализированного эндоскопа обеспечивает более подходящий метод обнаружения.

2. Решение для инспекции: многофункциональная видеосистема + специализированные эндоскопы

Система инспекции коленчатого вала использует несколько методов визуализации для контроля как внешних поверхностей, так и труднодоступных внутренних участков.

Объявленный объём инспекции включает:

Целостность QR-кода

Система проверяет полноту и читаемость QR-кода коленчатого вала, обеспечивая основу для идентификации изделия и прослеживаемости на последующих этапах.

Проникновение со стороны отверстий для облегчения противовеса

Специализированные эндоскопы используются для контроля внутренней геометрии отверстий для облегчения и выявления аномального прорыва в соседние области.

Обнаружение посторонних предметов в центральном отверстии

Внутреннее состояние центрального отверстия коленчатого вала можно проверить на наличие посторонних предметов или загрязнений, которые могут быть незаметны при внешнем осмотре с помощью камеры.

Инспекция дефектов малого торца

Малые торцевые поверхности длинных шеек можно проверить на наличие:

• Следов ударов
• Царапины
• Пятна
• Износостойкость
• ВКЛЮЧЕНИЯ
• Трещины
• Чёрной окалины
• Нехватка материалов
• Загрязнения маслом и водой

Инспекция фланца

Область фланца также может быть включена в программу визуальной инспекции для выявления заданных поверхностных дефектов.

Инспекция шеек и шпоночных пазов

Система может проверять поверхности:

• Основные шейки
• Шатунные шейки
• Длинные шейки
• Фланцевые шейки
• Шпоночные канавки

Такой подход с инспекцией нескольких зон позволяет настраивать программу инспекции в соответствии с реальной геометрией коленчатого вала и критериями приёмки, определёнными заказчиком.

3. Камера и конфигурация оборудования

В указанной системе используются высокоразрешающие сканирующие камеры площадного типа и специализированные бороскопы.

Система изображения

• сканирующие камеры площадного типа на 5 Мп: 2 шт.
• сканирующие камеры площадного типа на 20 Мп: 12 шт.
• Специализированные бороскопы: 3 комплекта
• Источники света большой площади: 1 комплект
• Линейные источники света: 2 комплекта

Внешние камеры обеспечивают высококачественное изображение видимых поверхностей коленчатого вала, а бороскопы расширяют возможности инспекции до таких областей, как центральные отверстия и облётные отверстия.

Зрение и управление

Система включает в себя:

• Считывание QR-кода/штрихкода
• Проверка машинного зрения
• Алгоритмы глубокого обучения
• Прослеживаемость результатов контроля
• Анализ данных инспекции
• Области инспекции, задаваемые пользователем
• Удалённый просмотр инспекции

Система управления использует два промышленных ПК компании Advantech (AAEON) в соответствии с опубликованной конфигурацией оборудования.

Роботизированная позиционирование

Конфигурации совместных роботов могут включать бренды:

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

Робот перемещает систему визуализации или координирует позицию осмотра в соответствии с запрограммированным маршрутом осмотра.

4. Технические характеристики

Следующие технические характеристики основаны на общедоступной информации о продукте для указанной системы осмотра.

Цикл продолжительностью 48 секунд — это заявленная ценность применения, а не универсальная гарантия времени цикла. Фактическое время цикла следует рассчитывать с учётом геометрии коленчатого вала, количества точек контроля, конфигурации камер, траектории робота и требуемых критериев контроля.

5. Ключевые аспекты при выборе системы визуального контроля коленчатых валов

5.1 Определение пунктов контроля по местоположению

Коленчатые валы содержат множество зон контроля, и для разных зон могут применяться различные критерии выявления дефектов.

Перед проектированием оборудования техническая спецификация на контроль должна чётко определять:

• Какие поверхности необходимо осматривать
• Какие типы дефектов необходимо обнаруживать
• Допустимые и недопустимые условия
• Требуемое разрешение изображения
• Необходима ли прослеживаемость

Это снижает количество повторных настроек алгоритма в период ввода в эксплуатацию.

5.2 Оценка доступности глубоких отверстий

При инспекции посторонних предметов в центральном отверстии и при боковой проникающей инспекции отверстий для облегчения веса ключевым вопросом является не просто разрешение камеры.

Проект должен оценить:

• Диаметр отверстия
• Глубина отверстия
• Внутренняя геометрия
• Доступность эндоскопа
• Обязательный угол обзора
• Освещение

Может потребоваться индивидуальная конфигурация бороскопа, если зону осмотра невозможно напрямую наблюдать с помощью внешней камеры.

5.3 Рассматривать считывание кодов как отдельный показатель эффективности

Инспекция QR-кода напрямую связана с прослеживаемостью продукции.

Следовательно, считывание кодов должно быть независимо проверено от обнаружения дефектов, включая:

• Процент успешного считывания
• Расположение кода
• Состояние поверхности
• Контраст
• Качество маркировки
• Связь между данными кода и результатами инспекции

5.4 Проверить такт 48 секунд

Осуществление осмотра множества зон в рамках одного цикла требует параллельного получения изображений и оптимизированного движения робота.

При интеграции системы расчёт циклового времени должен включать:

1. Загрузки заготовки
2. Позиционирование
3. Перемещение робота
4. Получение изображений
5. Обработку алгоритма
6. Считывание кодов
7. Вывод результата
8. Выгрузку заготовки

Опубликованное цикловое время 48 секунд следует рассматривать как ориентировочное значение для конкретного применения, а не как фиксированную величину для каждого коленчатого вала.

6. Машинное зрение на основе глубокого обучения для выявления нескольких типов дефектов коленчатого вала

Инспекция коленчатых валов включает категории дефектов с существенно различающимися визуальными характеристиками. Единственный традиционный метод обработки изображений на основе правил может оказаться недостаточным для каждого пункта инспекции.

Упомянутое решение использует машинное зрение на основе глубокого обучения совместно с областями инспекции, определёнными в соответствии с различными участками коленчатого вала.

Для практических проектов наличие достаточного количества образцов дефектов имеет важное значение как для обучения, так и для проверки модели.

Это особенно актуально для таких дефектов, как:

• ВКЛЮЧЕНИЯ
• Чёрной окалины
• Царапины на поверхности
• Следов ударов
• Износостойкость
• Нехватка материалов

Подготовка образцов зачастую является одним из наиболее важных этапов проекта машинного зрения. Для разработки надежных критериев контроля системе требуются репрезентативные примеры как исправных изделий, так и различных типов бракованных условий.

7. Возможности системы машинного зрения компании Big Bird Industrial

Харбинская компания Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), ранее носившая название Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., предоставляет комплексные решения в области прецизионной промышленной очистки и контроля с использованием машинного зрения для автомобильной промышленности и точного машиностроения.

Бизнес-направление машинного зрения организовано вокруг специализированных областей контроля, включая:

• Orient See — контроль геометрических размеров и формы
• Surface See — контроль дефектов поверхности
• Assembly See — контроль сборки и система предотвращения ошибок (poka-yoke)
• Inner See — контроль внутренних отверстий и внутренних стенок
• Paint See — контроль дефектов лакокрасочного покрытия
• Algorithm & Software Platform — алгоритмы машинного зрения и программные системы

Для применений, связанных с коленчатыми валами, Surface See позволяет проводить контроль дефектов на внешних поверхностях, а Inner See — для задач контроля внутренних отверстий и труднодоступных зон.

Такое сочетание позволяет интегрировать различные технологии визуального контроля в зависимости от геометрии и требований к качеству компонентов трансмиссии.

ЧаВО

Почему необходимо выявлять проникновение сквозного отверстия в зоне противовеса?

Сквозные отверстия используются для балансировки коленчатого вала и снижения избыточной массы. Если при механической обработке отверстие проникает в соседнюю стенку или поверхность, локальная структура может быть нарушена, а данная зона может стать потенциальным местом концентрации напряжений.

Поскольку дефект может быть невидим снаружи отверстия, для контроля внутренней области применяется эндоскоп.

Может ли один алгоритм машинного зрения выявлять все типы дефектов на поверхности коленчатого вала?

Не обязательно.

Недостатки коленчатого вала могут значительно различаться по форме, текстуре, контрасту и расположению. Алгоритмы глубокого обучения можно настроить под разные категории дефектов и зоны контроля, однако надёжная работа сильно зависит от репрезентативных обучающих и проверочных образцов.

Такие дефекты, как включения и чёрный окалинообразный налёт, особенно зависят от характеристик материала и поверхности, поэтому сбор образцов является важной частью проекта.

Может ли 48 секунд действительно хватить для контроля такого большого числа зон?

В упомянутой системе используются несколько камер, работающих параллельно: разные камеры назначены разным зонам контроля. Роботизированное позиционирование также может перемещать систему визуализации в требуемые точки контроля.

Опубликованный цикл продолжительностью 48 секунды относится к упомянутому применению. Фактическое такт-время следует рассчитывать исходя из конкретного коленчатого вала, объёма контроля, траектории робота и требований к обработке изображений.

Может ли загрязнение маслом или водой быть ошибочно распознано как поверхностный дефект?

- Да, я знаю.

Масло и вода могут создавать отражения, темные пятна или другие визуальные узоры, которые могут напоминать определенные дефекты поверхности. Поэтому они указаны в качестве конкретных объектов контроля в указанной системе.

Алгоритмы обработки изображений могут использовать такие характеристики, как форма и местоположение, для различения различных условий. Однако, если на заготовке осталось избыточное количество масла или воды, продувка или очистка перед проверкой могут помочь уменьшить визуальные помехи.

Заключение

Визуальный контроль коленчатых валов — это не просто установка камеры высокого разрешения. Сложная геометрия коленчатых валов требует сочетания многоракурсной съемки, роботизированного позиционирования, специализированных эндоскопов, алгоритмов глубокого обучения и функций отслеживания.

Для наружных валов, поверхностей фланцев и шпоночных пазов многокамерная система видеонаблюдения обеспечивает широкий охват поверхности. Для центральных отверстий и отверстий для облегчения противовесов эндоскопический контроль расширяет возможности машинного зрения в области, которые обычные наружные камеры не могут непосредственно осмотреть.

Для указанного применения система обеспечивает опубликованный цикл инспекции продолжительностью 48 секунд; окончательная конфигурация и такт определяются конкретной геометрией коленчатого вала и требованиями к инспекции.