Инспекция дефектов в конце линии для головки цилиндров: линейная сканирующая визуальная инспекция уплотнительных и нижних поверхностей

Обзор

После механической обработки головки цилиндров требуется окончательный контроль качества перед выходом с производственной линии и поступлением на склад или в сборку. Ключевые зоны контроля включают уплотнительную поверхность крышки головки цилиндра, опорные поверхности болтов и нижнюю поверхность головки цилиндра.

Решение Big Bird Industrial для контроля головок цилиндров на конечном этапе производства объединяет линейную камеру с разрешением 8K, площадную камеру, специализированное освещение и роботизированную систему совместного позиционирования для выявления царапин, выступающих дефектов, вмятин, трещин и следов ударов на критически важных обработанных поверхностях.

Указанная система имеет заявленный цикл контроля 3,5 минуты на одну деталь; фактическая продолжительность цикла может быть настроена в зависимости от конструкции головки цилиндра и требований к контролю.

1. Почему контроль головок цилиндров на конечном этапе производства сосредоточен на уплотнительных поверхностях

Этап контроля после механической обработки и перед выходом головки цилиндра с производственной линии представляет собой важнейшую заключительную проверку качества.

В указанном применении три области являются основными объектами контроля:

• Уплотнительная поверхность крышки головки цилиндра
• Опорные поверхности болтов головки цилиндра
• Нижняя поверхность головки цилиндра

Эти области имеют важную общую характеристику: они представляют собой контактные, крепёжные или уплотнительные поверхности, которые должны точно совмещаться с прокладками, крышками или блоком цилиндров при сборке.

Даже относительно небольшие дефекты поверхности могут повлиять на условия контакта между сопрягаемыми компонентами.

Повышенные дефекты требуют особого внимания

Среди различных типов дефектов повышенные дефекты — например, заусенцевидные выступы или локальное скопление материала — требуют особого внимания.

В отличие от вмятины, создающей локальное углубление, повышенный дефект может образовать локальную высоту при сборке. При затяжке болтов это может привести к неравномерной локальной нагрузке и потенциально повлиять на сжатие прокладки.

По этой причине критерии контроля должны чётко определять допустимую высоту, размер и расположение повышенных дефектов на основе инженерных требований заказчика.

2. Решение для контроля: линейная камера 8K + площадная камера

Система контроля головки цилиндра, на которую дана ссылка, объединяет два метода визуализации для соответствия различным геометриям контроля.

Уплотнительная поверхность крышки головки цилиндра

Уплотнительная поверхность проверяется на наличие:

• Царапины
• Выступающих дефектов
• Вмятины
• Трещины
• Следов ударов

Поскольку зона уплотнения имеет большую длину и относительно узкую ширину, используется линейная камера разрешения 8K совместно со специализированным источником света для линейного сканирования.

Вместо того чтобы захватывать всю область одним обычным изображением, линейная камера получает поверхность постранично, при этом деталь и камера перемещаются относительно друг друга.

Это делает линейное сканирование особенно подходящим для длинных непрерывных зон контроля.

Опорные поверхности болтов

Опорные поверхности болтов головки цилиндра проверяются на наличие:

• Царапины на поверхности
• Трещины
• Следов ударов

Эти участки контролируются с использованием конфигурации машинного зрения с площадным сканированием.

Нижняя поверхность головки цилиндра

На нижней поверхности проверяются:

• Царапины
• Трещины
• Следов ударов
• Дефекты в пределах заданных зон уплотнения

Область проверки может быть настроена в соответствии с реальной геометрией головки цилиндра и критериями качества, определёнными заказчиком.

3. Конфигурация оборудования

Система объединяет высокодетализированную линейную съёмку с традиционной площадной съёмкой.

Система изображения

• линейная камера 8K: 1 шт.
• площадная камера 12 Мп: 1 шт.
• Источник света для линейной съёмки: 1 комплект
• Кольцевой источник света: 1 комплект

Линейная камера 8K используется преимущественно для длинной уплотнительной поверхности, тогда как площадная камера 12 Мп охватывает остальные зоны проверки.

Роботизированная позиционирование

Совместные роботы можно настраивать с использованием брендов, включая:

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

Робот устанавливает систему визуализации в различных точках контроля в соответствии с запрограммированным маршрутом контроля.

Функции визуализации и обработки данных

Система включает в себя:

• Считывание кодов
• Проверка машинного зрения
• Алгоритмы глубокого обучения
• Прослеживаемость результатов контроля
• Анализ данных
• Удалённый просмотр

Это позволяет связывать результаты контроля с отдельными заготовками и сохранять их для последующего анализа качества.

4. Технические характеристики

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

Цикл продолжительностью 3,5 минуты — это заявленная ценность применения. Фактическое тактовое время следует рассчитывать с учётом геометрии детали, зон контроля, перемещения робота, а также требований к захвату и обработке изображений.

5. Почему для контроля уплотнительных поверхностей головки цилиндров используется линейная камера?

Ключевой особенностью данного решения является применение линейной камеры разрешением 8 К вместо полного использования матричных камер.

Уплотнительная поверхность обычно представляет собой длинную узкую зону контроля. При использовании матричной камеры системе может потребоваться захват нескольких участков с последующим «склеиванием» изображений.

Это может породить дополнительные требования к:

• Позиционированию камеры
• Склейке изображений
• Области перекрытия
• Согласованность освещения
• Время цикла проверки

Линейная сканирующая камера, напротив, непрерывно захватывает поверхность постранично по мере перемещения изделия относительно системы визуализации.

Для такого типа непрерывной поверхности важным фактором является не просто разрешение камеры в мегапикселях. Метод визуализации должен соответствовать геометрии и движению зоны контроля.

Следовательно, линейная сканирующая камера с разрешением 8K может обеспечить эффективный подход для длинных уплотнительных поверхностей, где требуется непрерывное получение изображений с высоким разрешением.

6. Ключевые аспекты выбора

6.1 Стабилизация относительного движения

Линейная сканирующая визуализация чувствительна к относительному движению между камерой и изделием.

На этапе проектирования системы проект должен оценить:

• Стабильность скорости конвейера или позиционирования
• Стабильность движения робота
• Точность позиционирования изделия
• Расстояние от камеры до детали
• Синхронизация между движением и захватом изображения

Нестабильное движение может повлиять на масштабирование изображения и согласованность контроля.

6.2 Количественная оценка критериев выступающих и углублённых дефектов

Термины вроде «выступающий дефект» или «вмятина» недостаточны в качестве инженерных критериев приёмки.

В спецификации контроля должны быть определены измеримые пороговые значения, например:

• Высота дефекта
• Глубина дефекта
• Площадь дефекта
• Длина дефекта
• Расположение дефекта

Для обучения и проверки алгоритма также следует подготовить образцы, соответствующие требованиям (OK), и несоответствующие требованиям (NG).

6.3 Чёткое определение зоны контроля уплотнительной полосы

Уплотнительная полоса является критически важной зоной контроля.

Её границы должны быть чётко заданы в программном обеспечении технического зрения таким образом, чтобы:

• Соответствующие дефекты не пропускались
• Области, не имеющие критического значения, не вызывали излишних тревожных сигналов
• Краевые признаки не классифицировались ошибочно как дефекты

6.4 Планирование траекторий движения робота для нескольких моделей головок цилиндров

Если различные модели головок цилиндров используют одну и ту же производственную линию, траектория роботизированного контроля должна адаптироваться под каждую модель.

Поэтому в рамках проекта следует провести оценку:

• Идентификация модели
• Автоматическое переключение программ
• Время переключения траектории робота
• Позиционированию камеры
• Различия в зонах контроля
• Расширение модельного ряда в будущем

7. Визуальный контроль с применением глубокого обучения для проверки обработанных поверхностей

На обработанных поверхностях головки цилиндров могут присутствовать дефекты различной формы, размера и визуальных характеристик.

Упомянутая система объединяет машинное зрение и алгоритмы контроля на основе глубокого обучения, что позволяет настраивать различные зоны контроля и критерии выявления дефектов в зависимости от контролируемой детали.

Для практического проекта производительность алгоритма в значительной степени зависит от качества и количества обучающих и валидационных образцов.

Библиотека образцов должна включать репрезентативные примеры:

• Царапины
• Трещины
• Вмятины
• Выступающих дефектов
• Следов ударов
• Нормальных элементов механической обработки
• Поверхностные различия, которые не следует классифицировать как дефекты

Это особенно важно для уплотнительных поверхностей, где закономерные следы механической обработки и реальные дефекты могут иметь относительно схожие визуальные характеристики.

8. Возможности машинного зрения компании Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), ранее Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., предоставляет комплексные решения в области высокоточной промышленной очистки и машинного зрения для автомобильной промышленности и точного машиностроения.

Направления деятельности компании в сфере машинного зрения охватывают шесть специализированных областей:

• 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
• Алгоритмы и программная платформа — алгоритмы машинного зрения и программное обеспечение

Для обработанных головок цилиндров Surface See может быть настроена для контроля уплотнительных поверхностей, опорных поверхностей и других обработанных участков в соответствии с критериями дефектов и тактом производства заказчика.

Оборудование также может интегрироваться с функциями считывания кодов и обеспечения прослеживаемости, чтобы связать результаты контроля с отдельными заготовками.

ЧаВО

Почему используется линейная камера вместо площадной камеры?

Уплотнительная поверхность головки цилиндра представляет собой относительно длинную и непрерывную зону контроля. Для охвата всей области площадной камере может потребоваться сделать несколько снимков и выполнить их стыковку.

Линейная камера непрерывно фиксирует поверхность по мере перемещения заготовки, что делает её подходящей для длинных полосообразных поверхностей, где важны стабильность изображения и непрерывный охват.

Почему выступающие дефекты особенно важны на уплотнительных поверхностях?

Выступающий дефект может создать локальную высокую точку между сопрягаемыми поверхностями. При сборке это может привести к неравномерному сжатию прокладки или локальной нагрузке.

Фактический порог приёмки должен определяться на основе инженерных требований заказчика и подтверждаться с использованием репрезентативных образцов OK/NG.

Цикл осмотра продолжительностью 3,5 минуты слишком медленный для обрабатывающей линии?

Указанное применение позиционируется как процесс контроля в конце линии, поэтому такт его работы не обязательно должен совпадать с циклом обработки каждой предшествующей операции.

Если требуется более короткий такт, возможны следующие варианты:

• Параллельные станции контроля
• Оптимизированные траектории движения роботов
• Дополнительные модули формирования изображения
• Сокращение перемещений при контроле
• Параллельная обработка изображений

Окончательная конфигурация должна быть определена путём полного анализа циклового времени.

Как долго можно хранить изображения контроля?

Система обеспечивает функции прослеживаемости, анализа данных и удалённого просмотра. Фактический период хранения изображений зависит от ёмкости хранилища и требований к управлению качеством на заводе.

Для производственных применений в техническом соглашении должны быть указаны:

• Период хранения изображений
• Формат хранения
• Объем данных
• Метод извлечения
• Прослеживаемость между изделием и изображением
• Требованиям резервного питания

Заключение

Контроль головки цилиндра на завершающем этапе производства требует больше, чем простая оценка внешнего вида обработанной поверхности.

Для уплотнительных поверхностей и других критических обработанных зон система контроля должна обеспечивать стабильное формирование изображений, соответствующее освещение, точное определение области контроля и надёжную классификацию дефектов.

Упомянутое решение объединяет линейную сканирующую камеру разрешения 8K, матричную камеру разрешения 12 МП, специализированное освещение и роботизированную систему позиционирования, а также функции машинного зрения, глубокого обучения и прослеживаемости.

Для длинных уплотнительных поверхностей линейное сканирование обеспечивает практичный способ непрерывного контроля с высоким разрешением. Для других поверхностей и локальных зон контроля площадное сканирование обеспечивает гибкое покрытие.

При опубликованном цикле контроля продолжительностью 3,5 минуты система обеспечивает настраиваемый подход к контролю качества головок цилиндров на конечной стадии производства; окончательные такт-время и критерии контроля определяются конкретной деталью и производственными требованиями.