Kiểm tra khuyết tật trên bề mặt khối xi-lanh: Phát hiện lỗi lỗ, vết xước và nhiễm bẩn mảnh kim loại

Tổng Quan

Việc kiểm tra bề mặt khối động cơ không chỉ giới hạn ở việc kiểm tra vết xước hay khuyết tật nhìn thấy được. Trước khi khối xi-lanh vào dây chuyền gia công, các nhà sản xuất cũng có thể cần xác định các lỗ bị thiếu hoặc đặt sai vị trí, các vết xước và lõm trên bề mặt gia công, cũng như mảnh kim loại đen còn sót lại .

Một hệ thống kiểm tra tự động thực tiễn có thể kết hợp camera nhìn từ trên xuống và camera nhìn từ bên cạnh cùng với vị trí camera điều khiển bằng robot và bàn xoay để kiểm tra các bề mặt khác nhau của khối xi-lanh.

Bài viết này giải thích cách cấu hình hệ thống kiểm tra thị giác máy tính cho công đoạn kiểm tra đầu vào của khối xi-lanh, cách các camera khác nhau và cơ chế chuyển động phối hợp với nhau, cũng như những yếu tố cần xem xét khi kiểm tra các mẫu lỗ và các chất gây nhiễm bẩn bề mặt nhỏ.

1. Vì sao cần kiểm tra khối xi-lanh ở giai đoạn kiểm tra đầu vào?

Nhiều vấn đề về chất lượng bắt nguồn từ trước khi chi tiết đến giai đoạn gia công hoặc lắp ráp.

Đối với khối xi-lanh đúc, các khuyết tật tiềm ẩn khi nhập kho có thể bao gồm:

• Thiếu lỗ
• Lỗ thừa hoặc lỗ đặt sai vị trí
• Mẫu lỗ không đúng
• Các vết xước hoặc dấu va đập trên các bề mặt gia công
• Các mảnh vụn kim loại màu đen còn sót lại
• Các bất thường bề mặt khác có thể quan sát được

Nếu những khuyết tật này không được phát hiện cho đến sau khi gia công, chi tiết có thể đã tiêu tốn nhiều thời gian sản xuất và nguồn lực xử lý.

Kiểm tra sớm ngăn ngừa lãng phí ở các công đoạn sau

Đặt hệ thống kiểm tra tại điểm kiểm tra vật liệu đầu vào cung cấp một cổng kiểm soát chất lượng sớm hơn.

Khi phát hiện bất thường, khối xi-lanh có thể bị loại bỏ, sửa chữa hoặc chuyển hướng trước khi bước vào các công đoạn gia công tiếp theo.

Nguyên lý cơ bản là:

Khối xi-lanh đầu vào → Kiểm tra bằng thị giác máy → Phân loại ĐẠT / KHÔNG ĐẠT → Gia công hoặc sửa chữa

Điều này cho phép các nhà sản xuất xác định các khuyết tật được kế thừa hoặc có sẵn ngay từ đầu trước khi chúng trở thành một phần của quy trình sản xuất ở các công đoạn sau.

2. Hệ thống kiểm tra: Tách riêng góc nhìn từ trên xuống và góc nhìn từ bên

Một khối xi-lanh có nhiều bề mặt kiểm tra, và một camera cố định đơn lẻ không nhất thiết cung cấp phạm vi bao quát đầy đủ.

Do đó, một giải pháp thực tiễn có thể chia nhiệm vụ kiểm tra thành chụp ảnh từ trên xuống và chụp ảnh từ bên hông .

Kiểm tra bề mặt trên

Một Một camera được sử dụng để kiểm tra bề mặt phía trên của khối xi-lanh.

Trong cấu hình được mô tả, một robot mang theo camera A và di chuyển nó theo đường dẫn kiểm tra đã lập trình.

Điều này cho phép điều chỉnh vị trí chụp ảnh và góc nhìn phù hợp với các khu vực khác nhau trên bề mặt phía trên.

Kiểm tra bề mặt bên

ACamera B được đặt bên cạnh phôi.

Khối xy-lanh được xoay trên bàn xoay để các mặt bên khác nhau lần lượt đi qua vùng quan sát của máy ảnh.

Trình tự chuyển động cơ bản là:

Máy ảnh A gắn trên robot → chụp ảnh mặt trên

Bàn xoay + máy ảnh B → chụp ảnh mặt bên

Phần mềm kiểm tra sau đó xử lý các hình ảnh đã chụp và đưa ra kết quả tương ứng OK/NG.

3. Hệ thống thị giác có thể phát hiện những gì?

Hệ thống kiểm tra có thể được cấu hình để thực hiện nhiều nhiệm vụ kiểm tra khác nhau.

3.1 Phát hiện lỗ bị thiếu hoặc sai

Khối xy-lanh chứa nhiều lỗ gia công và lỗ đúc với vị trí và bố trí cụ thể.

Hệ thống có thể so sánh hình ảnh thực tế với tham chiếu vị trí lỗ đã xác định để nhận diện:

• Thiếu lỗ
• Các lỗ thừa
• Vị trí lỗ không đúng
• Mẫu lỗ không đúng
• Độ lệch kích thước lỗ gia công

Loại kiểm tra này đặc biệt hữu ích đối với phôi đúc nhập kho, vì nếu mẫu lỗ không đúng thì sai sót đó có thể tiếp tục tồn tại trong các công đoạn gia công sau.

Dữ liệu tham chiếu phải dựa trên bản vẽ kỹ thuật thực tế của khách hàng và mẫu lỗ đã được phê duyệt.

3.2 Phát hiện vết xước và dấu va đập

Bề mặt gia công có thể xuất hiện các vết xước, vết lõm hoặc dấu va đập nhìn thấy được.

Thị giác máy có thể nhận diện các đặc điểm bề mặt bất thường bằng cách phân tích sự khác biệt giữa ngoại hình bề mặt dự kiến và hình ảnh được chụp.

Khả năng kiểm tra thực tế phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Hoàn thiện bề mặt
• Điều kiện ánh sáng
• Kích thước khuyết tật
• Độ tương phản của khuyết tật
• Độ phân giải Camera
• Góc kiểm tra
• Kết cấu nền

Vì lý do này, việc xác thực mẫu với các bộ phận sản xuất thực tế là rất quan trọng trước khi hoàn tất cấu hình hệ thống.

3.3 Phát hiện mảnh kim loại màu đen

Các mảnh kim loại màu đen có thể đặc biệt khó phát hiện.

Khác với các vật thể lạ lớn và dễ nhìn thấy rõ ràng, những mảnh nhỏ có thể phân bố không đều trên bề mặt gia công và có thể có đặc điểm thị giác tương tự như:

• Các vệt gia công tối màu
• Vật liệu bề mặt
• Ô nhiễm dầu
• Các đặc điểm nền từ quá trình đúc hoặc gia công

Thuật toán thị giác có thể đánh giá các đặc tính như:

• Hình dạng
• Kích thước
• Các đặc điểm viền
• Chức danh
• Độ tương phản so với bề mặt xung quanh

Tuy nhiên, khi các mảnh kim loại bị trộn lẫn với dầu hoặc các chất gây nhiễm bẩn tối màu khác, độ tương phản hình ảnh có thể trở nên kém đáng tin cậy hơn.

Chính vì lý do này, cần sử dụng các mẫu thực tế chứa các mảnh kim loại gây nhiễm bẩn tiêu biểu để xác thực thay vì chỉ dựa vào các chi tiết chuẩn sạch.

4. Định nghĩa vùng kiểm tra linh hoạt

Các mô hình khối xi-lanh khác nhau có thể có các yêu cầu kiểm tra khác nhau.

Thay vì cố định vĩnh viễn mọi vùng kiểm tra, hệ thống có thể cho phép người dùng xác định các vùng kiểm tra thông qua giao diện phần mềm.

Điều này giúp người vận hành hoặc kỹ sư có thể xác định:

• Bề mặt nào cần được kiểm tra
• Mẫu lỗ nào cần được kiểm tra
• Các khu vực gia công nào cần được kiểm tra
• Các khu vực nào cần được loại trừ
• Các khu vực nào yêu cầu phát hiện khuyết tật

Sau khi cấu hình xong, khu vực kiểm tra và các thông số tương ứng có thể được lưu dưới dạng chương trình sản phẩm.

Tính năng này đặc biệt hữu ích trong môi trường sản xuất, nơi nhiều mẫu khối xi-lanh khác nhau chia sẻ cùng một hệ thống kiểm tra.

5. Định vị camera dựa trên robot và dạy tự động

Camera gắn trên robot mang lại độ linh hoạt cao hơn so với bố trí camera cố định.

Robot có thể di chuyển camera đến các vị trí đã xác định trước và đi theo các đường kiểm tra được lập trình sẵn.

Với chức năng dạy đường đi tự động và quản lý chương trình sản phẩm, hệ thống có thể hỗ trợ:

• Nhiều vị trí kiểm tra
• Các mô hình khối xi-lanh khác nhau
• Thực thi tự động đường đi của máy ảnh
• Chuyển đổi chương trình sản phẩm
• Kiểm tra các bề mặt phức tạp

Đối với sản xuất đa mẫu, tuy nhiên, tính linh hoạt không nên bị nhầm lẫn với khả năng tương thích vô hạn.

Kích thước phôi, bề mặt kiểm tra, vị trí kẹp, trường nhìn của máy ảnh và phạm vi tiếp cận của robot vẫn cần được đánh giá cho từng dòng sản phẩm.

6. Cấu hình kỹ thuật điển hình

Các thông số sau đây dựa trên thông tin sản phẩm công khai dành cho loại hệ thống kiểm tra thị giác máy tính tùy chỉnh này.

Mục	Cấu hình tiêu chuẩn
Loại thiết bị	Hệ thống kiểm tra thị giác máy tính tùy chỉnh / phi tiêu chuẩn
Các mục tiêu kiểm tra	Vị trí lỗ, kích thước lỗ đã gia công, thiếu/thừa lỗ, vết xước, dấu va đập, mạt kim loại
Kiểm tra bề mặt trên	Máy ảnh A gắn trên robot
Kiểm tra bề mặt bên	Máy ảnh B + bàn xoay
Khu vực kiểm tra	Các vùng do người dùng xác định
Giám sát bằng camera	Xem hình ảnh máy ảnh theo thời gian thực
Thay đổi Sản phẩm	Chuyển đổi mô hình nhanh
Chuyển động của robot	Dạy đường đi tự động
Nhịp sản xuất	Tùy chỉnh theo yêu cầu sản xuất

Độ phân giải chính xác của camera, ống kính, hệ thống chiếu sáng, mô hình robot, thuật toán xử lý và thời gian chu kỳ cần được xác định thông qua thử nghiệm mẫu và yêu cầu sản xuất.

7. Các yếu tố lựa chọn then chốt

7.1 Mạt kim loại màu đen gây khó khăn trong việc xác thực

Các mạt kim loại nhỏ màu đen có thể trông tương tự các đặc điểm bề mặt tối hoặc nhiễm dầu.

Trước khi hoàn tất hệ thống kiểm tra, nên cung cấp các mẫu đại diện cho:

• Bề mặt gia công sạch
• Kết cấu bề mặt bình thường
• Nhiễm mạt kim loại điển hình
• Các kích thước mạt khác nhau
• Các hướng đặt mạt khác nhau
• Điều kiện bị nhiễm dầu

Điều này cho phép hệ thống thị giác được kiểm tra trong các điều kiện sản xuất thực tế.

7.2 Kiểm tra lỗ yêu cầu một điểm chuẩn chính xác

Việc kiểm tra vị trí lỗ phụ thuộc vào thông tin điểm chuẩn đáng tin cậy.

Nhà cung cấp cần nhận được bản vẽ kỹ thuật liên quan hoặc dữ liệu mẫu lỗ đã được phê duyệt để hệ thống có thể phân biệt giữa:

• Các lỗ bắt buộc
• Các lỗ tùy chọn
• Các lỗ quy trình
• Các lỗ làm điểm chuẩn
• Các lỗ không mong muốn hoặc thừa

Nếu không, một đặc điểm quy trình hợp lệ có thể bị hiểu nhầm là một lỗ bất thường.

7.3 Sản xuất đa mô hình yêu cầu quản lý chương trình

Các vùng kiểm tra do người dùng xác định và việc dạy robot tự động làm cho việc thay đổi mô hình linh hoạt hơn.

Tuy nhiên, đối với một dây chuyền sản xuất có nhiều mô hình khối xi-lanh, thông thường hiệu quả hơn khi chuẩn bị và xác thực chương trình kiểm tra cho từng mô hình trước.

Điều này có thể làm giảm:

• Thời gian chuyển đổi
• Thiết lập thủ công
• Gián đoạn sản xuất
• Rủi ro do thông số kiểm tra không chính xác

7.4 Vị trí kiểm tra cần phù hợp với nhịp sản xuất (takt)

Trạm kiểm tra đầu vào cần được đánh giá cùng với hệ thống xử lý vật liệu.

Chu kỳ đầy đủ nên bao gồm:

Nạp phôi → Định vị → Chụp ảnh → Xử lý ảnh → Xuất kết quả → Tháo phôi

Nếu việc thu thập ảnh diễn ra nhanh nhưng việc định vị phôi hoặc chuyển động của robot mất quá nhiều thời gian, trạm kiểm tra vẫn có thể trở thành điểm nghẽn trong sản xuất.

Do đó, việc xác nhận thời gian chu kỳ nên bao quát toàn bộ trình tự kiểm tra , thay vì chỉ thời gian phơi sáng của camera.

8. Kiểm tra thị giác máy tại Big Bird Industrial

Big Bird Industrial, trước đây là Harbin Shimada Big Bird Industrial, cung cấp các giải pháp tích hợp về làm sạch công nghiệp và thị giác máy cho các ứng dụng ô tô và sản xuất chính xác.

Hoạt động thị giác máy chuyên biệt của công ty, CN ISEE , bao gồm nhiều lĩnh vực ứng dụng, chẳng hạn như:

• Orient See — kiểm tra chiều và hình học
• Surface See — kiểm tra khuyết tật bề mặt
• Assembly See — kiểm tra lắp ráp và phòng tránh lỗi
• Inner See — kiểm tra lỗ bên trong và thành trong
• Kiểm tra sơn — kiểm tra khuyết tật trên bề mặt sơn
• Nền tảng phần mềm và thuật toán — giải pháp phần mềm và thuật toán thị giác máy

Thị trường Surface See loạt sản phẩm này tập trung vào kiểm tra bề mặt và ngoại hình ở các giai đoạn sản xuất khác nhau, bao gồm kiểm tra nhập kho, các quy trình gia công cơ khí và kiểm tra cuối cùng.

Việc kiểm tra các khối xi-lanh có thể được cấu hình dựa trên các loại khuyết tật thực tế của khách hàng, các bề mặt cần kiểm tra, các mẫu sản phẩm và nhịp độ sản xuất.

9. Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi: Vì sao cần kiểm tra khối xi-lanh trước khi gia công thay vì sau khi gia công?

Kiểm tra nhập kho nhằm xác định các khuyết tật phát sinh từ quá trình đúc hoặc các công đoạn trước đó, trước khi tiêu tốn thêm nguồn lực sản xuất.

Nếu phát hiện mẫu lỗ sai hoặc khuyết tật bề mặt rõ ràng ngay tại đầu dây chuyền gia công cơ khí, chi tiết có thể được chuyển hướng để sửa chữa lại hoặc loại bỏ trước khi bước vào các công đoạn tiếp theo.

Câu hỏi: Làm thế nào để phân biệt mạt kim loại màu đen với vân gia công cơ khí tối màu?

Hệ thống có thể đánh giá nhiều đặc điểm hình ảnh, bao gồm hình dạng, kích thước, đặc trưng cạnh, vị trí và độ tương phản.

Tuy nhiên, việc phân biệt trở nên khó khăn hơn khi các mảnh kim loại bị trộn lẫn với dầu hoặc khi bề mặt gia công bản thân nó có kết cấu mạnh.

Do đó, kiểm tra bằng các mẫu sản xuất tiêu biểu là một phần quan trọng trong quá trình xác nhận hệ thống.

Câu hỏi: Việc cấu hình vùng kiểm tra do người dùng xác định có khó vận hành không?

Vùng kiểm tra được xác định thông qua giao diện phần mềm thị giác máy và thường có thể được lưu dưới dạng một phần của chương trình sản phẩm tương ứng.

Đối với một số ít mẫu sản phẩm, người vận hành có thể quản lý cấu hình này sau khi được đào tạo. Đối với các dự án quy mô lớn với nhiều mẫu sản phẩm, các chương trình kiểm tra có thể được nhà cung cấp hệ thống chuẩn bị và xác nhận trong giai đoạn đưa vào vận hành.

Câu hỏi: Hệ thống này có thể kiểm tra nắp xy-lanh hoặc các thành phần khác không?

Hệ thống có thể được thiết kế để chuyển đổi nhanh giữa các mẫu và tự động dạy lại quỹ đạo robot.

Tuy nhiên, khả năng tương thích phụ thuộc vào kích thước thực tế, các bề mặt kiểm tra, phương pháp định vị, trường nhìn của camera, phạm vi hoạt động của robot và các yêu cầu kiểm tra.

Do đó, danh sách sản phẩm và các bộ phận mẫu cần được đánh giá trước khi xác nhận xem các thành phần khác nhau có thể chia sẻ cùng một hệ thống kiểm tra hay không.

Kết luận

Kiểm tra bề mặt khối xi-lanh tự động không đơn thuần là việc đặt một máy ảnh phía trên phôi.

Đối với các thành phần phức tạp, việc kiểm tra đáng tin cậy có thể yêu cầu nhiều máy ảnh, định vị máy ảnh dựa trên robot, chuyển động bàn xoay, chương trình kiểm tra đặc thù cho sản phẩm và thuật toán thị giác đặc thù cho ứng dụng .

Đối với kiểm tra khối xi-lanh đầu vào, một hệ thống kết hợp có thể giải quyết ba rủi ro chất lượng quan trọng:

Lỗi bố trí lỗ → Các vết xước và dấu va đập trên bề mặt → Nhiễm bẩn bởi mạt kim loại màu đen

Bằng cách đẩy bước kiểm tra lên phía thượng nguồn, các nhà sản xuất có thể phát hiện các khuyết tật đầu vào trước khi chúng tiêu tốn năng lực gia công cũng như tài nguyên sản xuất phía hạ nguồn.

Do đó, bước quan trọng nhất trước khi lựa chọn thiết bị không phải là chọn máy ảnh — mà là xác định điều gì cần được phát hiện, vị trí xuất hiện của nó, kích thước khuyết tật là bao nhiêu, phôi di chuyển như thế nào và nhịp độ sản xuất (takt time) nào phải đạt được.

Big Bird Industrial / CN ISEE có thể phát triển các cấu hình kiểm tra thị giác máy (machine vision inspection) được tùy chỉnh dựa trên các yêu cầu ứng dụng này, bao gồm hệ thống camera, kiểm tra bằng robot, định vị quay và phần mềm kiểm tra chuyên biệt cho từng loại sản phẩm.