Инспекция дефектов поверхности блока цилиндров: обнаружение ошибок отверстий, царапин и загрязнения металлическими стружками

Обзор

Инспекция поверхности блоков цилиндров не ограничивается проверкой царапин или видимых дефектов. До того как блок цилиндров поступит на участок механической обработки, производителям может также потребоваться выявить отсутствующие или неправильно расположенные отверстия, царапины и вмятины на обрабатываемых поверхностях, а также остаточные чёрные металлические стружки .

Практическая автоматизированная система инспекции может объединять камеры сверху и сбоку, роботизированное позиционирование камер и поворотный стол для инспекции различных поверхностей блока цилиндров.

В этой статье объясняется, как настроить систему машинного зрения для входного контроля блоков цилиндров, как различные камеры и механизмы перемещения работают совместно, а также какие факторы следует учитывать при контроле расположения отверстий и мелких поверхностных загрязнений.

1. Почему блоки цилиндров проверяют на этапе входного контроля?

Многие проблемы с качеством возникают ещё до того, как компонент поступает на этап механической обработки или сборки.

Для литого блока цилиндров потенциальные дефекты на входе могут включать:

• Отсутствующие отверстия
• Лишние отверстия или отверстия, расположенные в неправильном месте
• Неправильное расположение отверстий
• Царапины или следы ударов на обрабатываемых поверхностях
• Остатки чёрных металлических стружек
• Другие видимые поверхностные аномалии

Если эти дефекты не обнаруживаются до начала механической обработки, компонент уже может потребовать значительных затрат времени производства и ресурсов обработки.

Ранняя проверка предотвращает потери на последующих этапах

Размещение системы контроля на этапе приёмочного контроля входящего материала обеспечивает более ранний контроль качества.

При выявлении отклонения блок цилиндров может быть отклонён, направлен на доработку или перенаправлен до начала последующих операций механической обработки.

Основная логика такова:

Входящий блок цилиндров → Визуальный контроль с помощью машинного зрения → Классификация «годен» / «не годен» → Механическая обработка или доработка

Это позволяет производителям выявлять наследуемые или входящие дефекты до того, как они станут частью последующего производственного процесса.

2. Система контроля: отдельные виды сверху и сбоку

Блок цилиндров имеет несколько поверхностей для осмотра, и одна неподвижная камера не всегда обеспечивает достаточное покрытие.

Практическое решение может поэтому разделить задачу осмотра между съёмкой сверху и съёмкой сбоку .

Визуальный контроль верхней поверхности

Светодиодный модуль Камера A используется для верхней поверхности блока цилиндров.

В описанной конфигурации робот перемещает камеру A вдоль запрограммированного маршрута осмотра.

Это позволяет регулировать положение камеры и угол обзора для различных участков верхней поверхности.

Визуальный контроль боковой поверхности

А Камера B расположен рядом с заготовкой.

Блок цилиндров поворачивается на поворотном столе таким образом, чтобы различные боковые поверхности проходили через поле обзора камеры.

Основная последовательность движений:

Камера A, установленная на роботе → съёмка верхней поверхности

Поворотный стол + камера B → съёмка боковых поверхностей

Затем программное обеспечение для контроля обрабатывает полученные изображения и выдаёт соответствующий результат «OK»/«NG».

3. Что может обнаружить система технического зрения?

Систему контроля можно настроить для выполнения нескольких различных задач контроля.

3.1 Обнаружение отсутствующих или неправильных отверстий

Блоки цилиндров содержат несколько обработанных и литых отверстий с заданными положениями и конфигурациями.

Система может сравнивать фактическое изображение с заданным эталонным положением отверстий, чтобы выявить:

• Отсутствующие отверстия
• Лишние отверстия
• Неправильное расположение отверстий
• Неправильное расположение отверстий
• Отклонения размеров обработанных отверстий

Такой тип контроля особенно полезен при входном контроле литых заготовок, поскольку неправильный рисунок отверстий в противном случае может быть перенесён на последующие операции механической обработки.

Эталонные данные должны основываться на реальных конструкторских чертежах заказчика и утверждённом рисунке отверстий.

3.2 Обнаружение царапин и ударных меток

На обработанных поверхностях могут присутствовать видимые царапины, вмятины или ударные метки.

Машинное зрение может выявлять аномальные особенности поверхности путём анализа различий между ожидаемым внешним видом поверхности и захваченным изображением.

Фактические возможности контроля зависят от таких факторов, как:

• Отделку поверхности
• Освещение
• Размер дефекта
• Контраст дефекта
• Разрешение камеры
• Угол осмотра
• Текстура фона

По этой причине важно провести проверку образцов с использованием реальных деталей серийного производства до окончательного определения конфигурации системы.

3.3 Обнаружение чёрных металлических стружек

Чёрные металлические стружки могут представлять особую сложность.

В отличие от крупных, явно видимых посторонних объектов, мелкие стружки могут быть неравномерно распределены по обработанной поверхности и иметь визуальные характеристики, схожие со следующими элементами:

• Тёмными следами обработки
• Текстура поверхности
• Загрязнение масла
• Особенностями литой или обработанной поверхности

Алгоритм машинного зрения может оценивать такие характеристики, как:

• Форма
• Размер
• Характеристики краёв
• Должность
• Контраст по отношению к окружающей поверхности

Однако при смешивании металлических стружек с маслом или другими тёмными загрязнениями контраст изображения может стать менее надёжным.

По этой причине, для валидации следует использовать реальные образцы, содержащие типичные металлические стружки в качестве загрязнений а не полагаться исключительно на чистые эталонные детали.

4. Гибкое определение зоны контроля

Разные модели блоков цилиндров могут иметь различные требования к контролю.

Вместо постоянного фиксирования каждой зоны контроля система может позволять пользователю задавать зоны контроля через программный интерфейс.

Это даёт операторам или инженерам возможность указать:

• Какую поверхность необходимо контролировать
• Какой шаблон отверстий следует проверить
• Какие участки обработки следует проверить
• Какие участки следует исключить
• На каких участках требуется обнаружение дефектов

После настройки область проверки и соответствующие параметры можно сохранить в виде программного обеспечения для конкретного изделия.

Это особенно полезно в производственных условиях, где несколько моделей блоков цилиндров используют одну и ту же систему проверки.

5. Позиционирование камеры с помощью робота и автоматическое обучение

Камера, установленная на роботе, обеспечивает дополнительную гибкость по сравнению с фиксированной установкой камеры.

Робот может перемещать камеру в заранее заданные позиции и следовать запрограммированным траекториям проверки.

Благодаря автоматическому обучению траекторий и управлению программным обеспечением для изделий система может поддерживать:

• Несколько позиций контроля
• Различные модели блоков цилиндров
• Автоматическое выполнение траектории камеры
• Переключение программ для изделий
• Контроль сложных поверхностей

Однако при многомодельном производстве гибкость не следует путать с неограниченной совместимостью.

Размеры заготовки, контролируемые поверхности, положение приспособления, поле обзора камеры и досягаемость робота по-прежнему необходимо оценивать для каждой группы изделий.

6. Типовая техническая конфигурация

Следующие параметры основаны на общедоступной информации о продукте для данного типа индивидуальной системы технического зрения.

Элемент	Типовая конфигурация
Тип оборудования	Индивидуальная / нестандартная система технического зрения
Объекты контроля	Положение отверстий, размер обработанных отверстий, отсутствующие / лишние отверстия, царапины, следы ударов, металлические стружки
Визуальный контроль верхней поверхности	Камера A, установленная на роботе
Визуальный контроль боковой поверхности	Камера B и поворотный стол
Зона проверки	Области, задаваемые пользователем
Мониторинг Камерой	Просмотр изображения с камеры в реальном времени
Смена продукта	Быстрая смена моделей
Перемещение робота	Автоматическое обучение траектории
Такт производства	Индивидуальная разработка в соответствии с требованиями производства

Точное разрешение камеры, объектив, освещение, модель робота, алгоритм обработки и время цикла должны быть определены путём испытаний образцов и с учётом требований производства.

7. Основные соображения при выборе

7.1 Черные металлические стружки создают трудности при верификации

Мелкие черные металлические стружки могут визуально напоминать темные особенности поверхности или загрязнение маслом.

Перед окончательным выбором системы контроля рекомендуется предоставить образцы, представляющие:

• Чистые обработанные поверхности
• Нормальную текстуру поверхности
• Типичное загрязнение металлической стружкой
• Различные размеры стружки
• Различные ориентации стружки
• Условия загрязнения маслом

Это позволяет протестировать систему технического зрения в реалистичных производственных условиях.

7.2 Инспекция отверстий требует точной эталонной информации

Проверка положения отверстий зависит от надёжной эталонной информации.

Поставщик должен получить соответствующие конструкторские чертежи или утверждённые данные о расположении отверстий, чтобы система могла различать:

• Обязательные отверстия
• Необязательные отверстия
• Технологические отверстия
• Эталонные отверстия
• Нежелательные или лишние отверстия

В противном случае законная технологическая особенность может быть ошибочно интерпретирована как аномальное отверстие.

7.3 Многомодельное производство требует управления программами

Пользовательские области проверки и автоматическое обучение робота делают смену моделей более гибкой.

Однако для производственной линии с несколькими моделями блоков цилиндров обычно эффективнее заранее подготовить и проверить программу контроля для каждой модели.

Это может снизить:

• Время переналадки
• Ручную настройку
• Простои в производстве
• Риск некорректных параметров контроля

7.4 Расположение контрольной станции должно соответствовать такту производства

Входную контрольную станцию следует оценивать совместно с системой транспортировки материалов.

Полный цикл должен включать:

Загрузка → Позиционирование → Получение изображения → Обработка изображения → Вывод результата → Выгрузка

Если захват изображения происходит быстро, но позиционирование детали или перемещение робота занимает слишком много времени, контрольная станция всё равно может стать узким местом производства.

Поэтому проверка времени цикла должна охватывать полная последовательность проверки , а не только время экспозиции камеры.

8. Визуальный контроль с помощью машинного зрения на предприятии Big Bird Industrial

Big Bird Industrial, ранее Harbin Shimada Big Bird Industrial, предоставляет интегрированные промышленные решения в области очистки и машинного зрения для автомобильной промышленности и точного производства.

Его специализированный бизнес в области машинного зрения, CN ISEE , охватывает несколько областей применения, включая:

• Orient See — измерительный и геометрический контроль
• Surface See — контроль поверхностных дефектов
• Assembly See — контроль сборки и защита от ошибок
• Inner See — осмотр внутреннего отверстия и внутренней стенки
• Paint See — осмотр дефектов поверхности окраски
• Алгоритм и программная платформа — программные решения и алгоритмы машинного зрения

Рынок Surface See серия ориентирована на проверку поверхности и внешнего вида на различных этапах производства, включая входной контроль, механическую обработку и окончательный контроль.

Для блоков цилиндров настройка контроля может выполняться с учётом реальных типов дефектов заказчика, контролируемых поверхностей, моделей изделий и такта производства.

9. Часто задаваемые вопросы

В: Почему контроль блоков цилиндров проводится до механической обработки, а не после неё?

Входной контроль предназначен для выявления дефектов, возникших при литье или на предыдущих этапах производства, до того, как будут затрачены дополнительные производственные ресурсы.

Если на входе в линию механической обработки обнаруживается неправильное расположение отверстий или явный поверхностный дефект, компонент можно направить на доработку или отбраковку до начала последующих операций.

В: Как отличить чёрные металлические стружки от тёмного рисунка обработанной поверхности?

Система способна оценивать несколько характеристик изображения, включая форму, размер, особенности краёв, положение и контраст.

Однако различение становится сложнее, когда металлические стружки смешаны с маслом или когда сама обработанная поверхность имеет выраженный рельеф.

Поэтому испытания с использованием репрезентативных образцов серийного производства являются важной частью проверки системы.

В: Сложно ли настраивать зону контроля по пользовательскому заданию?

Зона контроля определяется через интерфейс программного обеспечения машинного зрения и обычно может быть сохранена как часть соответствующей программы для изделия.

Для небольшого числа моделей изделий операторы могут управлять этой конфигурацией после прохождения обучения. Для крупных проектов с множеством моделей программы контроля могут быть подготовлены и проверены поставщиком системы в ходе пусконаладочных работ.

В: Может ли одна и та же система контролировать головки цилиндров или другие компоненты?

Система может быть спроектирована с возможностью быстрой смены моделей и автоматического обучения траектории робота.

Однако совместимость зависит от фактических габаритов, поверхностей контроля, способа позиционирования, поля обзора камеры, досягаемости робота и требований к контролю.

Поэтому перед подтверждением возможности использования одной и той же системы контроля для различных компонентов следует оценить перечень изделий и образцы деталей.

Заключение

Автоматический осмотр поверхности блока цилиндров — это не просто размещение камеры над заготовкой.

Для сложных компонентов надёжный осмотр может потребовать нескольких камер, позиционирования камеры с помощью робота, вращения стола, программ осмотра, специфичных для изделия, и алгоритмов машинного зрения, адаптированных под конкретное применение .

При входном контроле блоков цилиндров комбинированная система позволяет устранить три важнейших риска качества:

Ошибки расположения отверстий → царапины и следы ударов на поверхности → загрязнение чёрными металлическими стружками

Перенося контроль на более раннюю стадию, производители могут выявлять поступающие дефекты до того, как они займут мощности механической обработки и ресурсы последующих производственных этапов.

Следовательно, наиболее важным шагом перед выбором оборудования является не выбор камеры, а определение того, что необходимо обнаружить, где именно дефект проявляется, каков его размер, как перемещается заготовка и какой такт производства должен быть обеспечен.

Компания Big Bird Industrial / CN ISEE может разрабатывать индивидуальные конфигурации машинного зрения для контроля качества, соответствующие этим требованиям применения, включая системы камер, роботизированный контроль, поворотные позиционирующие устройства и программное обеспечение для контроля, специфичное для конкретных изделий.