Kiểm tra khuyết tật bề mặt trục khuỷu: Kiểm tra thị giác toàn diện các cổ trục chính và cổ trục thanh truyền với phát hiện bằng ống soi

Tổng Quan

Trục khuỷu là các bộ phận quay phức tạp với nhiều cổ trục, đối trọng, vùng mặt bích, rãnh then và lỗ bên trong. Do đó, một hệ thống kiểm tra đáng tin cậy phải bao quát không chỉ các khuyết tật bề mặt có thể nhìn thấy mà còn cả các khu vực sâu hoặc bên trong mà các camera ngoài thông thường không thể kiểm tra hiệu quả.

Giải pháp kiểm tra thị giác trục khuỷu của Big Bird Industrial kết hợp nhiều camera quét vùng, ống soi nội soi tùy chỉnh, định vị robot, thị giác máy dựa trên học sâu và khả năng truy xuất mã.

Đối với ứng dụng được tham chiếu, chu kỳ kiểm tra công bố là 48 giây, trong khi nhịp độ thực tế có thể cấu hình linh hoạt theo yêu cầu về chi tiết gia công và kiểm tra.

1. Vì sao kiểm tra trục khuỷu lại khó khăn

Trục khuỷu là một thành phần cốt lõi của hệ thống truyền động, có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động tịnh tiến qua lại của piston thành chuyển động quay đầu ra. Hình học của nó mang tính ba chiều cao độ, với các cổ trục chính và cổ trục thanh truyền phân bố dọc theo thân trục và được nối với nhau bởi các má khuỷu và khối đối trọng.

Tùy thuộc vào thiết kế trục khuỷu, phạm vi kiểm tra có thể bao gồm:

• Cổ trục chính
• Cổ trục thanh truyền
• Cổ trục dài
• Cổ trục mặt bích
• Các bề mặt mặt bích
• Then hoa
• Các lỗ tâm
• Các lỗ giảm trọng lượng của bộ đối trọng
• Các mặt đầu nhỏ

Mặc dù nhiều khu vực này có bề mặt kim loại tương tự nhau, nhưng các khuyết tật tiềm ẩn có thể khác biệt đáng kể. Các mục tiêu kiểm tra điển hình bao gồm:

• Dấu va đập
• Vết xước
• Vết bẩn
• Dấu mài mòn
• CÁC THÀNH PHẦN
• Rạn nứt
• Lớp vảy đen hoặc vùng bề mặt đen
• Thiếu Hụt Vật Liệu
• Nhiễm bẩn dầu hoặc nước

Độ khó tăng lên do trục khuỷu là một bộ phận quay với nhiều góc kiểm tra. Một trạm camera cố định thông thường có thể không bao quát đủ toàn bộ các bề mặt yêu cầu. Do đó, hệ thống kiểm tra cần chuyển động phối hợp và thu ảnh từ nhiều góc.

Độ xuyên thấu từ phía bên lỗ giảm trọng lượng của bộ đối trọng

Một mục kiểm tra đặc biệt quan trọng là độ xuyên thấu từ phía bên các lỗ giảm trọng lượng của bộ đối trọng.

Các lỗ giảm trọng lượng được gia công để điều chỉnh độ cân bằng của trục khuỷu và giảm khối lượng không cần thiết. Nếu một lỗ xuyên thấu vào bề mặt hoặc vách liền kề, điều này có thể ảnh hưởng đến độ bền cấu trúc cục bộ và tạo ra vùng tập trung ứng suất tiềm ẩn.

Vì khuyết tật này có thể khó phát hiện từ góc nhìn bên ngoài, nên việc kiểm tra từ bên trong lỗ bằng nội soi chuyên dụng sẽ là phương pháp phát hiện phù hợp hơn.

2. Giải pháp kiểm tra: Thị giác đa camera + Nội soi chuyên dụng

Hệ thống kiểm tra trục khuỷu sử dụng nhiều phương pháp chụp ảnh để xử lý cả bề mặt bên ngoài lẫn các khu vực bên trong khó tiếp cận.

Phạm vi kiểm tra đã công bố bao gồm:

Tính toàn vẹn của mã QR

Hệ thống kiểm tra xem mã QR trên trục khuỷu có đầy đủ và có thể đọc được hay không, từ đó cung cấp cơ sở cho việc nhận dạng sản phẩm và khả năng truy xuất nguồn gốc ở các công đoạn sau.

Độ xuyên thấu từ phía bên lỗ giảm trọng lượng của bộ đối trọng

Các nội soi chuyên dụng được sử dụng để kiểm tra hình học bên trong các lỗ giảm trọng lượng và xác định việc xuyên thấu bất thường vào các khu vực liền kề.

Phát hiện vật thể lạ trong lỗ tâm

Điều kiện bên trong lỗ tâm trục khuỷu có thể được kiểm tra để phát hiện các vật thể lạ hoặc nhiễm bẩn mà máy ảnh bên ngoài không thể quan sát được.

Kiểm tra khuyết tật ở mặt đầu nhỏ

Các mặt đầu nhỏ của các cổ trục dài có thể được kiểm tra để phát hiện:

• Dấu va đập
• Vết xước
• Vết bẩn
• Mài mòn
• CÁC THÀNH PHẦN
• Rạn nứt
• Lớp vảy đen
• Thiếu Hụt Vật Liệu
• Nhiễm bẩn bởi dầu và nước

Kiểm tra mặt bích

Khu vực mặt bích cũng có thể được đưa vào chương trình kiểm tra thị giác nhằm xác định các khuyết tật bề mặt theo quy định.

Kiểm tra cổ trục và rãnh then

Hệ thống có thể kiểm tra bề mặt của:

• Cổ trục chính
• Cổ trục thanh truyền
• Cổ trục dài
• Cổ trục mặt bích
• Then hoa

Cách tiếp cận đa vùng này cho phép cấu hình chương trình kiểm tra phù hợp với hình học thực tế của trục khuỷu và các tiêu chí chấp nhận do khách hàng quy định.

3. Máy ảnh và cấu hình phần cứng

Hệ thống được tham chiếu sử dụng sự kết hợp giữa các máy ảnh quét diện tích độ phân giải cao và các ống soi chuyên dụng.

Hệ thống tạo hình

• máy ảnh quét diện tích 5 MP: 2 chiếc
• máy ảnh quét diện tích 20 MP: 12 chiếc
• Ống soi chuyên dụng: 3 bộ
• Nguồn sáng diện tích lớn: 1 bộ
• Đèn thanh: 2 bộ

Các máy ảnh bên ngoài cung cấp hình ảnh độ phân giải cao của các bề mặt trục khuỷu có thể quan sát được, trong khi các ống soi mở rộng khả năng kiểm tra vào các khu vực như lỗ tâm và lỗ giảm trọng lượng.

Tầm nhìn và điều khiển

Hệ thống tích hợp:

• Đọc mã QR/mã vạch
• Kiểm tra Hình ảnh Máy móc
• Các thuật toán học sâu
• Khả năng truy xuất kết quả kiểm tra
• Phân tích dữ liệu kiểm tra
• Các vùng kiểm tra do người dùng xác định
• Xem kiểm tra từ xa

Hệ thống điều khiển sử dụng hai máy tính công nghiệp của Advantech (AAEON) theo cấu hình thiết bị đã công bố.

Định vị tự động hóa

Các cấu hình robot cộng tác có thể sử dụng các thương hiệu bao gồm:

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

Robot di chuyển hệ thống chụp ảnh hoặc phối hợp vị trí kiểm tra theo đường dẫn kiểm tra đã lập trình.

4. Thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật sau đây dựa trên thông tin sản phẩm công khai cho hệ thống kiểm tra được tham chiếu.

Chu kỳ 48 giây là giá trị ứng dụng đã được công bố, chứ không phải cam kết thời gian chu kỳ chung. Thời gian chu kỳ thực tế cần được tính toán dựa trên hình học trục khuỷu, số điểm kiểm tra, cấu hình camera, quỹ đạo robot và tiêu chí kiểm tra yêu cầu.

5. Các yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn hệ thống kiểm tra thị giác cho trục khuỷu

5.1 Xác định các mục kiểm tra theo vị trí

Trục khuỷu có nhiều vùng kiểm tra, và các vùng khác nhau có thể áp dụng các tiêu chí phát hiện khuyết tật khác nhau.

Trước khi thiết kế thiết bị, đặc tả kiểm tra cần xác định rõ:

• Những bề mặt nào phải được kiểm tra
• Các loại khuyết tật nào phải được phát hiện
• Các điều kiện chấp nhận được và không chấp nhận được
• Độ phân giải hình ảnh yêu cầu
• Có yêu cầu truy xuất nguồn gốc hay không

Điều này làm giảm việc điều chỉnh lại thuật toán nhiều lần trong giai đoạn vận hành thử.

5.2 Đánh giá khả năng tiếp cận lỗ sâu

Đối với kiểm tra vật thể lạ trong lỗ tâm và kiểm tra xuyên bên lỗ giảm trọng lượng, câu hỏi then chốt không chỉ đơn thuần là độ phân giải của camera.

Dự án cần đánh giá:

• Đường kính lỗ
• Chiều sâu lỗ
• Hình học bên trong
• Khả năng tiếp cận bằng ống soi
• Góc quan sát bắt buộc
• Điều kiện ánh sáng

Có thể cần cấu hình nội soi tùy chỉnh khi khu vực kiểm tra không thể quan sát trực tiếp bằng camera bên ngoài.

5.3 Coi việc đọc mã là một chỉ số hiệu suất riêng biệt

Kiểm tra mã QR gắn liền trực tiếp với khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm.

Do đó, việc đọc mã cần được xác thực độc lập với việc phát hiện khuyết tật, bao gồm:

• Tỷ lệ đọc thành công
• Vị trí mã
• Tình trạng bề mặt
• Khác biệt
• Chất lượng đánh dấu
• Mối quan hệ giữa dữ liệu mã và kết quả kiểm tra

5.4 Xác thực chu kỳ 48 giây

Việc kiểm tra nhiều khu vực trong một chu kỳ đòi hỏi thu ảnh song song và tối ưu hóa chuyển động robot.

Trong quá trình tích hợp hệ thống, việc tính toán thời gian chu kỳ cần bao gồm:

1. Nạp phôi
2. Vị trí
3. Chuyển động của robot
4. Thu thập hình ảnh
5. Xử lý thuật toán
6. Đọc mã
7. Xuất kết quả
8. Dỡ phôi

Do đó, giá trị chu kỳ công bố là 48 giây chỉ nên được coi là tham chiếu cho một ứng dụng cụ thể, chứ không phải là giá trị cố định áp dụng cho mọi trục khuỷu.

6. Thị giác máy dựa trên học sâu để phát hiện nhiều loại khuyết tật trên trục khuỷu

Việc kiểm tra trục khuỷu liên quan đến các loại khuyết tật có đặc điểm hình ảnh khác biệt rõ rệt. Một phương pháp xử lý ảnh dựa trên quy tắc truyền thống đơn lẻ có thể không đủ hiệu quả cho mọi mục kiểm tra.

Giải pháp được đề cập sử dụng thị giác máy dựa trên học sâu kết hợp với các vùng kiểm tra được xác định theo từng khu vực khác nhau trên trục khuỷu.

Đối với các dự án thực tế, số lượng mẫu khuyết tật đầy đủ là rất quan trọng cả cho quá trình huấn luyện lẫn xác thực.

Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các loại khuyết tật như:

• CÁC THÀNH PHẦN
• Lớp vảy đen
• Trầy xước bề mặt
• Dấu va đập
• Mài mòn
• Thiếu Hụt Vật Liệu

Việc chuẩn bị mẫu thường là một trong những giai đoạn quan trọng nhất của một dự án thị giác máy. Hệ thống cần các ví dụ tiêu biểu cho cả sản phẩm đạt chuẩn (OK) lẫn các loại điều kiện không đạt chuẩn (NG) khác nhau để thiết lập các tiêu chí kiểm tra đáng tin cậy.

7. Khả năng kiểm tra thị giác máy của Big Bird Industrial

Công ty TNHH Công nghiệp Big Bird Hạ Tân (Big Bird Industrial), trước đây là Công ty TNHH Công nghiệp Big Bird Hạ Tân Shimada, cung cấp các giải pháp tích hợp bao gồm làm sạch công nghiệp chính xác và kiểm tra thị giác máy cho các ứng dụng ô tô và chế tạo chính xác.

Hoạt động thị giác máy của công ty được tổ chức xung quanh các lĩnh vực kiểm tra chuyên biệt, bao gồm:

• Orient See — kiểm tra kích thước và hình học
• Surface See — kiểm tra khuyết tật bề mặt
• Assembly See — kiểm tra lắp ráp và phòng ngừa sai sót (poka-yoke)
• Inner See — kiểm tra lỗ và thành trong
• Paint See — kiểm tra khuyết tật trên bề mặt sơn
• Algorithm & Software Platform — thuật toán thị giác và hệ thống phần mềm

Đối với các ứng dụng trục khuỷu, Surface See có thể xử lý việc kiểm tra khuyết tật trên bề mặt ngoài, trong khi Inner See có thể được áp dụng cho các yêu cầu kiểm tra liên quan đến lỗ bên trong và các khu vực khó tiếp cận.

Sự kết hợp này cho phép tích hợp các công nghệ kiểm tra khác nhau dựa trên hình học và yêu cầu chất lượng của bộ phận truyền động.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần phát hiện hiện tượng xuyên thấu ở mặt bên của lỗ giảm trọng lượng trên đối trọng?

Các lỗ giảm trọng lượng được sử dụng để điều chỉnh cân bằng trục khuỷu và giảm khối lượng không cần thiết. Nếu quá trình gia công khiến một lỗ xuyên vào thành hoặc bề mặt liền kề, cấu trúc cục bộ có thể bị ảnh hưởng và khu vực đó có thể trở thành vị trí tập trung ứng suất tiềm ẩn.

Vì khuyết tật có thể không nhìn thấy được từ bên ngoài lỗ, nên có thể sử dụng ống soi để kiểm tra khu vực bên trong.

Một thuật toán thị giác có thể phát hiện tất cả các loại khuyết tật trên bề mặt trục khuỷu hay không?

Chưa chắc.

Các khuyết tật trên trục khuỷu có thể khác biệt đáng kể về hình dạng, kết cấu, độ tương phản và vị trí. Các thuật toán học sâu có thể được cấu hình để nhận diện các loại khuyết tật khác nhau và các vùng kiểm tra khác nhau, nhưng hiệu suất đáng tin cậy phụ thuộc rất nhiều vào các mẫu huấn luyện và xác thực đại diện.

Các khuyết tật như tạp chất lẫn vào và lớp vảy đen đặc biệt phụ thuộc vào đặc tính vật liệu và bề mặt, do đó việc thu thập mẫu là một phần quan trọng của dự án.

48 giây thực sự có thể bao quát được nhiều vùng kiểm tra như vậy không?

Hệ thống được tham chiếu sử dụng nhiều camera hoạt động song song, với từng camera được gán cho một vùng kiểm tra riêng biệt. Việc định vị bằng robot cũng có thể di chuyển hệ thống chụp ảnh tới các vị trí kiểm tra yêu cầu.

Chu kỳ 48 giây đã công bố áp dụng cho ứng dụng được tham chiếu. Thời gian chu kỳ thực tế cần được tính toán dựa trên trục khuỷu cụ thể, phạm vi kiểm tra, đường đi của robot và yêu cầu xử lý ảnh.

Nhiễm bẩn do dầu hoặc nước có thể bị nhầm thành khuyết tật bề mặt không?

- Vâng.

Dầu và nước có thể tạo ra các hiện tượng phản chiếu, vùng tối hoặc các họa tiết thị giác khác có thể trông giống như một số khuyết tật bề mặt nhất định. Vì vậy, chúng được liệt kê là các mục kiểm tra cụ thể trong hệ thống được tham chiếu.

Các thuật toán xử lý ảnh có thể sử dụng các đặc điểm như hình dạng và vị trí để phân biệt các điều kiện khác nhau. Tuy nhiên, nếu lượng dầu hoặc nước còn sót lại trên phôi quá nhiều, việc thổi sạch hoặc làm sạch ở công đoạn trước khi kiểm tra có thể giúp giảm nhiễu thị giác trước khi tiến hành kiểm tra.

Kết luận

Kiểm tra thị giác trục khuỷu không đơn thuần chỉ là lắp đặt một camera độ phân giải cao. Hình học phức tạp của trục khuỷu đòi hỏi sự kết hợp giữa chụp ảnh từ nhiều góc, định vị bằng robot, nội soi tùy chỉnh, thuật toán học sâu và chức năng truy xuất nguồn gốc.

Đối với các cổ trục ngoài, bề mặt mặt bích và rãnh then, hệ thống thị giác đa camera cung cấp khả năng bao phủ diện tích bề mặt rộng. Đối với lỗ tâm và lỗ giảm trọng lượng ở phần đối trọng, kiểm tra bằng nội soi mở rộng khả năng thị giác máy móc vào những khu vực mà các camera bên ngoài thông thường không thể quan sát trực tiếp.

Đối với ứng dụng được tham chiếu, hệ thống cung cấp chu kỳ kiểm tra công bố là 48 giây, với cấu hình cuối cùng và nhịp độ sản xuất (takt) được xác định bởi hình học trục khuỷu cụ thể và các yêu cầu kiểm tra.