Kiểm tra khuyết tật cuối dây chuyền cho nắp xy-lanh: Thị giác quét dòng để kiểm tra bề mặt kín và bề mặt đáy

Tổng Quan

Sau khi gia công, nắp xy-lanh cần được kiểm tra chất lượng cuối cùng trước khi rời khỏi dây chuyền sản xuất và chuyển vào kho hoặc lắp ráp. Các khu vực kiểm tra chủ chốt bao gồm bề mặt kín của nắp xy-lanh, các bề mặt đỡ bu-lông và bề mặt đáy nắp xy-lanh.

Giải pháp kiểm tra nắp xy-lanh cuối dây chuyền của Big Bird Industrial kết hợp máy ảnh quét dòng 8K, máy ảnh quét khu vực, hệ thống chiếu sáng chuyên dụng và robot cộng tác để định vị, nhằm kiểm tra các vết xước, khuyết tật nhô cao, vết lõm, vết nứt và dấu va đập trên các bề mặt gia công quan trọng.

Hệ thống được đề cập có chu kỳ kiểm tra công bố là 3,5 phút mỗi chi tiết, trong khi chu kỳ thực tế có thể cấu hình linh hoạt tùy theo thiết kế nắp xy-lanh và yêu cầu kiểm tra.

1. Vì sao kiểm tra nắp xy-lanh cuối dây chuyền tập trung vào các bề mặt làm kín

Giai đoạn kiểm tra sau khi gia công và trước khi nắp xy-lanh rời khỏi dây chuyền sản xuất là một điểm kiểm soát chất lượng cuối cùng quan trọng.

Đối với ứng dụng được đề cập, ba khu vực là mục tiêu kiểm tra chính:

• Bề mặt làm kín nắp đầu xy-lanh
• Các bề mặt đỡ bu-lông nắp xy-lanh
• Bề mặt đáy nắp xy-lanh

Các khu vực này có một đặc điểm quan trọng chung: chúng là các bề mặt tiếp xúc, lắp ghép hoặc làm kín, cần phải ăn khớp chính xác với các miếng đệm, nắp đậy hoặc khối động cơ trong quá trình lắp ráp.

Ngay cả các khuyết tật bề mặt tương đối nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến điều kiện tiếp xúc giữa các thành phần ăn khớp.

Các khuyết tật nổi yêu cầu sự chú ý đặc biệt

Trong số các loại khuyết tật khác nhau, các khuyết tật nổi — chẳng hạn như các gờ thừa dạng ba via hoặc vùng vật liệu tích tụ cục bộ — đòi hỏi sự chú ý đặc biệt.

Khác với vết lõm, vốn tạo ra một chỗ lõm cục bộ, một khuyết tật nổi có thể hình thành một điểm cao cục bộ trong quá trình lắp ráp. Khi siết bu-lông, điều này có thể dẫn đến tải cục bộ không đồng đều và tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến độ nén của miếng đệm.

Vì lý do này, tiêu chí kiểm tra cần xác định rõ chiều cao, kích thước và vị trí cho phép của các khuyết tật nổi dựa trên yêu cầu kỹ thuật của khách hàng.

2. Giải pháp kiểm tra: Máy ảnh quét dòng 8K + Máy ảnh quét diện tích

Hệ thống kiểm tra nắp xy-lanh được tham chiếu kết hợp hai phương pháp chụp ảnh để phù hợp với các hình học kiểm tra khác nhau.

Bề mặt làm kín nắp đầu xy-lanh

Bề mặt làm kín được kiểm tra nhằm phát hiện:

• Vết xước
• Các khuyết tật nổi lên
• Vết lõm
• Rạn nứt
• Dấu va đập

Do khu vực làm kín dài và tương đối hẹp, người ta sử dụng máy ảnh quét dòng 8K cùng với nguồn sáng chuyên dụng cho quét dòng.

Thay vì chụp toàn bộ khu vực trong một ảnh thông thường duy nhất, máy ảnh quét dòng thu nhận bề mặt theo từng đường quét khi chi tiết gia công và máy ảnh chuyển động tương đối với nhau.

Điều này khiến việc chụp ảnh quét dòng đặc biệt phù hợp với các khu vực kiểm tra dài và liên tục.

Các bề mặt đỡ bu-lông

Các bề mặt đỡ bu-lông trên đầu xy-lanh được kiểm tra nhằm phát hiện:

• Trầy xước bề mặt
• Rạn nứt
• Dấu va đập

Các khu vực này được kiểm tra bằng cấu hình thị giác quét diện tích.

Bề mặt đáy nắp xy-lanh

Kiểm tra bề mặt đáy nhằm phát hiện:

• Vết xước
• Rạn nứt
• Dấu va đập
• Các khuyết tật nằm trong vùng dải kín quy định

Vùng kiểm tra có thể được cấu hình theo hình học thực tế của nắp xy-lanh và tiêu chí chất lượng do khách hàng xác định.

3. Cấu hình phần cứng

Hệ thống kết hợp công nghệ chụp ảnh quét dòng độ phân giải cao với công nghệ chụp ảnh quét diện tích thông thường.

Hệ thống tạo hình

• máy ảnh quét dòng 8K: 1 chiếc
• máy ảnh quét diện tích 12 MP: 1 chiếc
• Nguồn sáng quét dòng: 1 bộ
• Nguồn sáng vòng: 1 bộ

Máy ảnh quét dòng 8K chủ yếu dùng để kiểm tra bề mặt kín dài, trong khi máy ảnh quét diện tích 12 MP xử lý các vùng kiểm tra còn lại.

Định vị tự động hóa

Các robot cộng tác có thể được cấu hình bằng các thương hiệu bao gồm:

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

Robot định vị hệ thống hình ảnh tại các vị trí kiểm tra khác nhau theo đường dẫn kiểm tra đã lập trình.

Chức năng thị giác và dữ liệu

Hệ thống tích hợp:

• Đọc mã
• Kiểm tra Hình ảnh Máy móc
• Các thuật toán học sâu
• Khả năng truy xuất kết quả kiểm tra
• Phân tích dữ liệu
• Xem từ xa

Điều này cho phép kết quả kiểm tra được liên kết với từng phôi riêng lẻ và lưu lại để phân tích chất lượng sau này.

4. Thông số kỹ thuật

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

Chu kỳ 3,5 phút là giá trị ứng dụng đã được công bố. Thời gian chu kỳ thực tế cần được tính toán dựa trên hình học chi tiết, vùng kiểm tra, chuyển động robot, cũng như yêu cầu về thu ảnh và xử lý ảnh.

5. Vì sao sử dụng camera quét dòng để kiểm tra bề mặt làm kín nắp xy-lanh?

Một đặc điểm nổi bật của giải pháp này là sử dụng camera quét dòng độ phân giải 8K thay vì hoàn toàn phụ thuộc vào camera quét diện.

Bề mặt làm kín thường là vùng kiểm tra dài và hẹp. Với camera quét diện, hệ thống có thể cần chụp nhiều phần riêng biệt rồi ghép các ảnh lại với nhau.

Việc này có thể làm phát sinh thêm các yêu cầu về:

• Vị trí đặt camera
• Ghép ảnh
• Các vùng chồng lấn
• Tính nhất quán của ánh sáng
• Thời gian chu kỳ kiểm tra

Một máy ảnh quét dòng thay vào đó ghi lại bề mặt liên tục, từng dòng một, khi chi tiết di chuyển tương đối so với hệ thống chụp ảnh.

Đối với loại bề mặt liên tục này, yếu tố quan trọng không chỉ đơn thuần là độ phân giải tính bằng megapixel của máy ảnh. Phương pháp chụp ảnh phải phù hợp với hình học và chuyển động của khu vực kiểm tra.

Do đó, một máy ảnh quét dòng 8K có thể cung cấp phương pháp hiệu quả cho các bề mặt hàn kín dài, nơi yêu cầu thu ảnh liên tục với độ phân giải cao.

6. Các yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn

6.1 Ổn định chuyển động tương đối

Việc chụp ảnh bằng máy quét dòng rất nhạy cảm với chuyển động tương đối giữa máy ảnh và chi tiết.

Trong quá trình thiết kế hệ thống, dự án cần đánh giá:

• Tính ổn định về tốc độ băng chuyền hoặc vị trí
• Tính ổn định về chuyển động của robot
• Độ chính xác định vị phôi
• Khoảng cách từ camera đến phôi
• Đồng bộ giữa chuyển động và thu ảnh

Chuyển động không ổn định có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ ảnh và độ nhất quán của việc kiểm tra.

6.2 Định lượng tiêu chí khuyết tật lồi và lõm

Các thuật ngữ như “khuyết tật lồi” hoặc “lõm” là chưa đủ để làm tiêu chí chấp nhận kỹ thuật.

Thông số kiểm tra cần xác định các ngưỡng đo được như:

• Chiều cao khuyết tật
• Độ sâu khuyết tật
• Diện tích khuyết tật
• Độ dài khuyết tật
• Vị trí lỗi

Các mẫu đại diện đạt chuẩn (OK) và không đạt chuẩn (NG) cũng cần được chuẩn bị cho việc huấn luyện và xác thực thuật toán.

6.3 Xác định rõ vùng kiểm tra dải kín khí

Dải kín khí là vùng kiểm tra quan trọng.

Biên giới của nó cần được xác định rõ trong phần mềm thị giác để:

• Không bỏ sót các khuyết tật liên quan
• Các vùng không quan trọng không phát ra cảnh báo không cần thiết
• Các đặc điểm viền không bị phân loại sai thành khuyết tật

6.4 Lập kế hoạch đường di chuyển của robot cho nhiều kiểu đầu xi-lanh

Nếu các kiểu đầu xi-lanh khác nhau chia sẻ cùng một dây chuyền sản xuất, thì đường di chuyển kiểm tra của robot phải được điều chỉnh phù hợp với từng kiểu.

Do đó, dự án cần đánh giá:

• Xác định mô hình
• Chuyển đổi chương trình tự động
• Thời gian chuyển đổi đường đi của robot
• Vị trí đặt camera
• Sự khác biệt về khu vực kiểm tra
• Mở rộng sang các mẫu xe tương lai

7. Thị giác học sâu cho việc kiểm tra bề mặt gia công

Các bề mặt nắp máy được gia công có thể chứa các khuyết tật với hình dạng, kích thước và đặc điểm thị giác khác nhau.

Hệ thống tham chiếu kết hợp thị giác máy tính với các thuật toán kiểm tra dựa trên học sâu, cho phép cấu hình các vùng kiểm tra và tiêu chí phát hiện khuyết tật khác nhau tùy theo chi tiết gia công.

Đối với một dự án thực tế, hiệu năng của thuật toán phụ thuộc mạnh vào chất lượng và số lượng mẫu dùng để huấn luyện và xác thực.

Thư viện mẫu cần bao gồm các ví dụ tiêu biểu cho:

• Vết xước
• Rạn nứt
• Vết lõm
• Các khuyết tật nổi lên
• Dấu va đập
• Các đặc điểm gia công thông thường
• Các biến đổi bề mặt không nên được phân loại là khuyết tật

Điều này đặc biệt quan trọng đối với các bề mặt làm kín, nơi các đặc điểm gia công hợp lệ và các khuyết tật thực tế có thể có đặc điểm thị giác tương đối giống nhau.

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

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

Hoạt động kiểm tra thị giác máy của công ty bao gồm sáu lĩnh vực chuyên biệt:

• 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
• Nền tảng phần mềm và thuật toán — thuật toán thị giác máy và phần mềm

Đối với nắp xy-lanh đã gia công, Surface See có thể được cấu hình để kiểm tra các bề mặt làm kín, bề mặt đỡ và các khu vực đã gia công khác theo tiêu chí khuyết tật và nhịp sản xuất do khách hàng quy định.

Thiết bị cũng có thể tích hợp chức năng đọc mã và truy xuất nguồn gốc nhằm liên kết kết quả kiểm tra với từng chi tiết cụ thể.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nên dùng camera quét dòng thay vì camera quét diện tích?

Bề mặt làm kín của nắp xy-lanh là vùng kiểm tra tương đối dài và liên tục. Camera quét diện tích có thể yêu cầu nhiều ảnh và ghép ảnh để bao phủ toàn bộ vùng.

Camera quét dòng ghi lại bề mặt một cách liên tục khi chi tiết di chuyển, do đó phù hợp với các bề mặt dạng dải dài, nơi việc chụp ảnh đồng nhất và bao phủ liên tục là yếu tố quan trọng.

Tại sao các khuyết tật nổi lại đặc biệt quan trọng trên bề mặt làm kín?

Một khuyết tật nhô lên có thể tạo ra một điểm cao cục bộ giữa các bề mặt ghép nối. Trong quá trình lắp ráp, điều này có thể dẫn đến việc nén gioăng không đều hoặc tải tập trung.

Ngưỡng chấp nhận thực tế cần được xác định dựa trên yêu cầu kỹ thuật của khách hàng và được kiểm chứng bằng các mẫu đại diện đạt chuẩn/không đạt chuẩn.

Chu kỳ kiểm tra 3,5 phút có quá chậm đối với một dây chuyền gia công hay không?

Ứng dụng được tham chiếu được định vị như một quy trình kiểm tra cuối dây chuyền, do đó nhịp sản xuất (takt) của nó không nhất thiết phải khớp với chu kỳ gia công của từng công đoạn phía trước.

Nếu yêu cầu nhịp sản xuất (takt) ngắn hơn, các lựa chọn có thể bao gồm:

• Các trạm kiểm tra song song
• Tối ưu hóa đường di chuyển của robot
• Thêm các đơn vị chụp ảnh
• Giảm chuyển động trong quá trình kiểm tra
• Xử lý ảnh song song

Cấu hình cuối cùng nên được xác định thông qua phân tích chu kỳ thời gian đầy đủ.

Hình ảnh kiểm tra có thể được lưu trữ trong bao lâu?

Hệ thống cung cấp các chức năng truy xuất nguồn gốc, phân tích dữ liệu và xem từ xa. Thời gian lưu trữ hình ảnh thực tế phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ và yêu cầu quản lý chất lượng của nhà máy.

Đối với ứng dụng sản xuất, thỏa thuận kỹ thuật cần nêu rõ:

• Thời gian lưu trữ hình ảnh
• Định dạng lưu trữ
• Khối lượng dữ liệu
• Phương pháp truy xuất
• Khả năng truy xuất nguồn gốc giữa chi tiết gia công và hình ảnh
• Yêu cầu dự phòng

Kết luận

Việc kiểm tra đầu xi-lanh ở cuối dây chuyền không chỉ đơn thuần là kiểm tra xem bề mặt đã gia công có đạt yêu cầu hay không.

Đối với các bề mặt kín và các vùng gia công quan trọng khác, hệ thống kiểm tra phải đảm bảo khả năng chụp ảnh ổn định, chiếu sáng phù hợp, xác định chính xác vùng kiểm tra và phân loại khuyết tật đáng tin cậy.

Giải pháp tham khảo kết hợp máy ảnh quét dòng 8K, máy ảnh quét diện tích 12 MP, hệ thống chiếu sáng chuyên dụng và vị trí robot, cùng các chức năng thị giác máy, học sâu và truy xuất nguồn gốc.

Đối với các bề mặt kín dài, việc chụp ảnh quét đường cung cấp một phương pháp thực tiễn để thực hiện kiểm tra liên tục với độ phân giải cao. Đối với các bề mặt khác và các khu vực kiểm tra cục bộ, việc chụp ảnh quét diện tích cung cấp khả năng bao phủ linh hoạt.

Với chu kỳ kiểm tra công bố là 3,5 phút, hệ thống cung cấp một cách tiếp cận có thể cấu hình được cho việc kiểm tra chất lượng đầu xi-lanh ở cuối dây chuyền, trong đó nhịp sản xuất cuối cùng (takt) và tiêu chí kiểm tra được xác định dựa trên chi tiết cụ thể cũng như yêu cầu sản xuất.