Hệ thống kiểm soát thị giác cuối dây chuyền (End-of-Line Vision Poka-Yoke) cho các cụm động cơ và hộp số: Phát hiện tự động các chi tiết bị thiếu hoặc lắp đặt sai

Tổng Quan

Các chi tiết bị thiếu hoặc lắp đặt sai là một trong những khuyết tật lắp ráp khó phát hiện nhất bằng phương pháp thủ công ở cuối dây chuyền sản xuất ô tô.

Đối với động cơ diesel, động cơ xăng, hộp số và các cụm ô tô khác, hệ thống kiểm soát thị giác cuối dây chuyền (end-of-line vision poka-yoke) có thể kiểm tra tự động các chi tiết then chốt như bu-lông, dây đai răng cưa, nhãn hiệu, giấy chứng nhận, quạt và bộ lọc .

Bằng cách kết hợp băng tải bản lề, camera công nghiệp, kiểm tra bằng robot, đọc mã và xác minh dựa trên hình ảnh, hệ thống cung cấp một điểm kiểm soát chất lượng trực tuyến trước khi cụm hoàn chỉnh rời khỏi dây chuyền sản xuất.

Hệ thống được mô tả hỗ trợ một chu kỳ sản xuất 70 giây và tỷ lệ độ chính xác được công bố công khai là 99% , kèm theo khả năng lưu giữ hình ảnh, truy xuất nguồn gốc và phân tích dữ liệu về các chi tiết lắp ráp bị thiếu hoặc sai.

1. Vì sao việc lắp ráp bị thiếu hoặc sai là rủi ro nghiêm trọng tại công đoạn cuối dây chuyền

Các lỗi lắp ráp khác biệt so với các lỗi kích thước thông thường.

Một sai lệch về kích thước thường có thể được xác định bằng dụng cụ đo hoặc hệ thống đo lường. Tuy nhiên, các lỗi lắp ráp có thể yêu cầu kiểm tra xem một chi tiết thực tế có được lắp đặt hay không, có được định vị đúng hay không, hoặc có được cấu hình đúng hay không.

Trên dây chuyền lắp ráp động cơ hoặc hộp số, công nhân vận hành có thể cần xác nhận:

• Các bu-lông đã được lắp đặt hay chưa
• Dây đai xoắn ốc có được lắp đặt đúng cách hay không
• Biển tên có hiện diện hay không
• Giấy chứng nhận có được đính kèm hay không
• Quạt có được lắp đặt hay không
• Bộ lọc có được lắp đặt hay không
• Các bộ phận được chỉ định khác có hiện diện và được định vị đúng cách hay không

Khi chu kỳ sản xuất ngắn và số lượng bộ phận cao, việc hoàn toàn dựa vào kiểm tra thị giác thủ công sẽ tạo ra khối lượng công việc kiểm tra lặp lại đáng kể.

Tại sao Kiểm tra cuối dây chuyền lại quan trọng

Nếu một bộ phận bị thiếu hoặc lắp đặt sai không được phát hiện trước khi cụm rời khỏi dây chuyền, vấn đề có thể chỉ trở nên rõ ràng trong các công đoạn lắp ráp tiếp theo, thử nghiệm xe hoặc dịch vụ tại hiện trường.

Trạm kiểm tra tự động cuối dây chuyền cung cấp một điểm xác minh cuối cùng:

Lắp ráp → Kiểm tra bằng thị giác → Kết quả Đạt / Không đạt → Truy xuất nguồn gốc → Bàn giao hoặc xử lý lại

Mục tiêu không đơn thuần là thay thế công nhân. Thay vào đó, hệ thống cung cấp phép kiểm tra tự động nhất quán đối với các mục kiểm tra đã được xác định và tạo hồ sơ về tình trạng của sản phẩm lắp ráp tại cuối dây chuyền sản xuất.

2. Cấu hình thiết bị: Băng tải bản xích + Hệ thống kiểm tra bằng thị giác điều khiển bởi robot

Hệ thống kiểm tra tại cuối dây chuyền được mô tả sử dụng một băng tải bản xích và cấu hình kiểm tra bằng thị giác điều khiển bởi robot .

Tùy theo cấu trúc sản phẩm lắp ráp và phân bố các điểm kiểm tra, hệ thống có thể sử dụng một hoặc nhiều robot.

Vận chuyển bằng băng tải bản xích

Băng tải bản xích vận chuyển cụm động cơ hoặc hộp số qua trạm kiểm tra.

Hệ thống vận chuyển xác định vị trí kiểm tra cụ thể và tích hợp quy trình kiểm tra vào dây chuyền sản xuất.

Kiểm tra bằng camera điều khiển bởi robot

Các robot mang hoặc định vị máy ảnh kiểm tra xung quanh dây chuyền lắp ráp.

Điều này rất quan trọng vì các cụm động cơ ô tô có hình học ba chiều phức tạp. Các điểm kiểm tra có thể phân bố trên:

• Các bề mặt phía trên
• Các bề mặt bên
• Các khu vực phía trước và phía sau
• Các mặt đầu
• Các vùng lõm
• Các vị trí đặc thù khác theo từng thành phần

Việc cấu hình bằng robot cho phép hệ thống kiểm tra tiếp cận các vị trí quan sát khác nhau mà không cần lắp đặt một số lượng lớn máy ảnh cố định vĩnh viễn.

3. Hệ thống có thể kiểm tra những gì?

Hệ thống có thể được cấu hình để phát hiện các thành phần bị thiếu hoặc lắp đặt sai theo yêu cầu kiểm tra của khách hàng.

Các đối tượng kiểm tra điển hình bao gồm:

Bu-lông

Hệ thống có thể xác minh xem các vị trí bu-lông đã chỉ định có chứa các thành phần dự kiến hay không.

Việc kiểm tra có cần xác định chỉ tồn tại hay còn phải đánh giá thêm vị trí siết, hướng hoặc các đặc điểm khác phải được xác định trong giai đoạn đặc tả dự án.

Dây đai răng

Đối với các động cơ được trang bị dây đai dạng rắn (serpentine belts), thị giác máy có thể xác minh việc dây đai có hiện diện hay không và việc bố trí phần dây đai nhìn thấy được có phù hợp với điều kiện kiểm tra đã định hay không.

Nhãn hiệu và Giấy chứng nhận

Hệ thống có thể xác minh sự hiện diện và vị trí của các thành phần liên quan đến nhận dạng.

Các chức năng đọc mã cũng có thể được tích hợp khi yêu cầu nhận dạng sản phẩm hoặc truy xuất nguồn gốc.

Quạt và bộ lọc

Hệ thống thị giác có thể xác minh sự hiện diện và điều kiện lắp đặt trực quan của các thành phần đã chỉ định.

Các tiêu chí kiểm tra thực tế phụ thuộc vào hình học của thành phần và việc đặc điểm liên quan có còn nhìn thấy được sau khi lắp ráp hay không.

4. Vượt ra ngoài OK/NG: Đọc mã và truy xuất ảnh

Một trong những tính năng quan trọng của hệ thống thị giác cuối dây chuyền là khả năng làm nhiều hơn việc chỉ đưa ra kết quả OK hoặc NG.

Hệ thống được mô tả có thể tích hợp:

• Đọc mã
• Kiểm tra Hình ảnh Máy móc
• Chụp ảnh tổng thể quá trình lắp ráp
• Kiểm tra lại bằng tay
• Khả năng truy xuất
• Phân tích dữ liệu lắp ráp thiếu/hỏng

Giữ lại hình ảnh tổng thể

Hình ảnh lắp ráp đầy đủ có thể được lưu lại như một phần của hồ sơ kiểm tra.

Điều này cung cấp chức năng truy xuất nguồn gốc quan trọng.

Nếu phát hiện vấn đề chất lượng sau đó trong quá trình lắp ráp ở công đoạn tiếp theo hoặc sau khi giao hàng, nhà sản xuất có thể truy xuất lại hình ảnh đã ghi và kiểm tra tình trạng lắp ráp tại thời điểm sản phẩm rời khỏi dây chuyền sản xuất.

Việc này giúp xác định xem tình trạng đó đã hiển thị rõ ràng trong kiểm tra cuối dây chuyền hay có thể đã xảy ra trong một quy trình tiếp theo.

5. Thông Số Kỹ Thuật

Các thông số kỹ thuật sau đây dựa trên thông tin sản phẩm công khai dành cho hệ thống tùy chỉnh được mô tả.

Mục	Thông số kỹ thuật
Loại thiết bị	Băng tải bản lề + kiểm tra thị giác bằng robot
Ứng dụng	Ứng dụng liên quan đến xe thương mại, xe chở khách và xe năng lượng mới
Chi tiết gia công	Các cụm động cơ diesel, cụm động cơ xăng, cụm hộp số
Kích thước thiết bị	Khoảng 11,23 × 5,04 × 3,14 m
Cấu hình	Một robot hoặc nhiều robot
Nhịp sản xuất	70 giây, có thể tùy chỉnh theo chi tiết gia công
Độ chính xác được công bố công khai	99%
Máy ảnh công nghiệp	20 MP
Chiếu sáng	Nguồn sáng lớn độ sáng cao + đèn thanh độ sáng cao
Các lựa chọn robot	FANUC, ABB, KUKA, Yaskawa, SIASUN, ELITE và các thương hiệu khác
Hệ thống điều khiển	Siemens, Mitsubishi, máy tính công nghiệp Advantech
Các chức năng kiểm tra	Đọc mã, kiểm tra linh kiện, chụp ảnh toàn bộ, kiểm tra lại thủ công, truy xuất nguồn gốc và phân tích dữ liệu
Thiết kế thiết bị	Tùy chỉnh / phi tiêu chuẩn

Các cấu hình thực tế về camera, đèn chiếu sáng, robot và phần mềm cần được lựa chọn dựa trên cấu trúc lắp ráp và yêu cầu kiểm tra.

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

6.1 Xác định rõ từng mục kiểm tra trước khi thiết kế hệ thống

“Kiểm tra xem bu-lông đã được lắp đặt hay chưa” và “kiểm tra xem bu-lông đã được siết đúng cách hay chưa” là hai yêu cầu kiểm tra khác nhau.

Tương tự:

• Dây đai có hiện diện không?
• Dây đai có được luồn đúng cách không?
• Biển tên có hiện diện không?
• Mã nhận dạng có thể đọc được không?
• Ống có được nối không?
• Ống có được nối với hướng đúng không?

Những yêu cầu này có thể đòi hỏi các phương pháp chụp ảnh khác nhau và logic kiểm tra khác nhau.

Do đó, bước đầu tiên cần thực hiện là lập một danh sách đầy đủ các mục kiểm tra và xác định tiêu chí chấp nhận cho từng mục.

6.2 Số lượng robot phụ thuộc vào sự phân bố các điểm kiểm tra

Một cụm động cơ hoặc hộp số hoàn chỉnh có các điểm kiểm tra phân bố trên nhiều bề mặt.

Một robot duy nhất có thể đủ đối với một số cấu hình, trong khi nhiều robot có thể được yêu cầu khi:

• Các điểm kiểm tra phân bố rộng
• Cần nhiều góc quan sát khác nhau
• Một số khu vực khó tiếp cận
• Nhịp sản xuất rất khắt khe
• Cần thu ảnh song song

Do đó, số lượng robot nên được xác định từ bản đồ điểm kiểm tra thực tế thay vì chỉ dựa vào kích thước tổng thể của chi tiết gia công.

6.3 Yêu cầu lưu trữ ảnh cần được xác định sớm

Việc lưu giữ ảnh lắp ráp tổng thể có thể cung cấp khả năng truy xuất nguồn gốc quý giá, nhưng đồng thời cũng làm phát sinh yêu cầu về dung lượng lưu trữ dữ liệu.

Trước khi đưa vào vận hành, dự án cần xác định:

• Ảnh nào cần được lưu giữ
• Độ phân giải hình ảnh
• Định dạng tệp
• Thời gian lưu giữ
• Số lượng cụm lắp ráp được sản xuất mỗi ngày
• Dung tích lưu trữ
• Phương pháp truy xuất dữ liệu

Những yêu cầu này nên được đưa vào đặc tả kỹ thuật trước khi giao thiết bị.

6.4 Các thông số kỹ thuật về độ chính xác công khai cần được xác thực dựa trên các mẫu thực tế

Thông số kỹ thuật hệ thống được công bố công khai cho biết độ chính xác là 99%.

Giá trị này nên được hiểu là thông số kỹ thuật được công bố ở cấp độ sản phẩm, chứ không phải là cam kết phổ quát áp dụng cho mọi ứng dụng kiểm tra.

Hiệu suất thực tế phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Khả năng nhìn thấy linh kiện
• Độ phân giải Camera
• Chiếu sáng
• Tình trạng bề mặt
• Sự che khuất
• Biến thể sản phẩm
• Thuật toán kiểm tra
• Chất lượng mẫu
• Tiêu chí chấp nhận được xác định rõ

Đối với các mục kiểm tra mang tính an toàn quan trọng hoặc có hậu quả nghiêm trọng, tiêu chí chấp nhận cần được xác định riêng và xác thực bằng cách sử dụng các mẫu sản xuất tiêu biểu.

7. Điều gì xảy ra khi hệ thống không thể đưa ra quyết định rõ ràng?

Không nên thiết kế hệ thống thị giác máy dựa trên giả định rằng mọi hình ảnh đều luôn có thể được phân loại một cách hoàn hảo.

Trong môi trường sản xuất thực tế, các linh kiện có thể bị che khuất một phần, điều kiện chiếu sáng có thể thay đổi, bề mặt có thể phản xạ ánh sáng hoặc một đặc điểm kiểm tra đơn giản là không thể quan sát được từ góc nhìn hiện có.

Do đó, một hệ thống thực tiễn có thể bao gồm một quy trình kiểm tra lại thủ công đối với các trường hợp nhất định được xác định là không chắc chắn hoặc không đạt yêu cầu.

Quy trình làm việc có thể như sau:

Kiểm tra tự động → Kết quả rõ ràng là ĐẠT → Bàn giao

Kiểm tra tự động → Kết quả rõ ràng là KHÔNG ĐẠT → Chỉnh sửa lại / Loại bỏ

Kiểm tra tự động → Kết quả không rõ ràng → Kiểm tra lại thủ công

Cách tiếp cận này cho phép tự động hóa xử lý các công việc kiểm tra lặp đi lặp lại, đồng thời vẫn duy trì một phương pháp kiểm soát đối với các trường hợp ngoại lệ.

8. Sản xuất đa mô hình và chuyển đổi sản phẩm

Các nhà máy ô tô thường sản xuất nhiều mô hình động cơ hoặc hộp số trên cùng một dây chuyền sản xuất.

Hệ thống thị giác cuối dây chuyền có thể tích hợp chức năng đọc mã và chuyển đổi chương trình sản phẩm để chọn chương trình kiểm tra phù hợp dựa trên mô hình được xác định.

Một quy trình điển hình gồm:

Xác định sản phẩm → Chọn chương trình → Chọn đường đi của robot → Kiểm tra theo mô hình → Ghi nhận kết quả

Tuy nhiên, các mô hình khác nhau có thể khác biệt đáng kể về:

• Kích thước tổng thể
• Vị trí các thành phần
• Các điểm kiểm tra
• Vị trí máy ảnh
• Đường đi của robot
• Tiêu chuẩn chấp nhận

Do đó, danh sách đầy đủ các sản phẩm cần được đánh giá trước khi xác nhận khả năng tương thích với sản xuất đa mô hình.

9. Khả năng kiểm tra thị giác tại Big Bird Industrial / CN ISEE

Big Bird Industrial, trước đây là Harbin Shimada Big Bird Industrial, cung cấp giải pháp tích hợp về làm sạch công nghiệp và thị giác máy cho ngành ô tô và chế tạo chính xác.

Hoạt động thị giác máy chuyên biệt của công ty, CN ISEE , bao gồm sáu lĩnh vực giải pháp chính:

• 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 Assembly See dòng sản phẩm tập trung vào xác minh lắp ráp và các ứng dụng phòng tránh sai sót, bao gồm kiểm tra cuối dây chuyền cho động cơ, hộp số và các cụm ô tô khác.

Tùy theo dự án, hệ thống có thể tích hợp thị giác máy, đọc mã, kiểm tra bằng robot, lưu trữ hình ảnh, kiểm tra lại thủ công và chức năng truy xuất nguồn gốc.

10. Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi: Khi độ chính xác công bố là 99%, điều gì xảy ra với các trường hợp còn lại?

Con số 99% được công bố không nên hiểu là mọi điều kiện kiểm tra khả thi đều đạt được kết quả như nhau.

Các trường hợp không chắc chắn có thể phát sinh do che khuất, điều kiện chiếu sáng, sự biến đổi của linh kiện hoặc các đặc điểm không đủ rõ ràng.

Do đó, một hệ thống thực tiễn có thể bao gồm việc kiểm tra lại thủ công đối với các trường hợp không chắc chắn được xác định rõ, trong khi các mẫu đã thu thập có thể được sử dụng để cải thiện các thông số và thuật toán kiểm tra.

Câu hỏi: Vì sao cần nhiều robot?

Các cụm linh kiện ô tô có cấu trúc ba chiều và các điểm kiểm tra có thể phân bố trên nhiều hướng khác nhau.

Nhiều robot có thể chia sẻ khối lượng công việc kiểm tra theo khu vực quan sát hoặc nhóm kiểm tra, từ đó giúp giảm quãng đường di chuyển của robot và duy trì điều kiện chụp ảnh ổn định hơn.

Cấu hình cuối cùng của robot nên được xác định dựa trên sự phân bố các điểm kiểm tra và nhịp sản xuất yêu cầu.

Câu hỏi: Giá trị thực tiễn của việc lưu giữ ảnh tổng thể của cụm lắp ráp là gì?

Ảnh tổng thể cung cấp bản ghi hình ảnh gốc về tình trạng cụm lắp ráp tại điểm kiểm tra cuối dây chuyền.

Nếu phát hiện vấn đề về chất lượng sau này, nhà sản xuất có thể truy xuất bản ghi tương ứng và xem lại tình trạng cụm lắp ráp vào thời điểm kiểm tra.

Điều này có thể hỗ trợ khả năng truy xuất nguồn gốc, phân tích chất lượng và cải tiến quy trình.

Câu hỏi: Hệ thống có thể kiểm tra các mẫu động cơ khác nhau không?

Có, hệ thống có thể được thiết kế để nhận diện sản phẩm và chuyển đổi giữa nhiều chương trình cho các mẫu khác nhau.

Tuy nhiên, khả năng tương thích thực tế phụ thuộc vào sự khác biệt về kích thước lắp ráp, vị trí linh kiện, yêu cầu kiểm tra và đường đi của robot.

Do đó, danh sách đầy đủ các mẫu động cơ và hộp số cần được cung cấp trong giai đoạn thiết kế hệ thống để đánh giá các chương trình kiểm tra và cấu hình robot cần thiết.

Kết luận

Một hệ thống thị giác poka-yoke cuối dây chuyền cung cấp điểm kiểm tra chất lượng tự động cho các cụm ô tô phức tạp.

Đối với động cơ và hộp số, hệ thống có thể kết hợp các chức năng sau:

Đọc mã + Thị giác robot + Xác minh linh kiện + Lưu trữ ảnh tổng thể + Kiểm tra lại thủ công + Truy xuất nguồn gốc

Chìa khóa để xây dựng một hệ thống thành công không chỉ đơn thuần là chọn một camera độ phân giải cao. Trước tiên, các yêu cầu kiểm tra phải được chuyển đổi thành các tiêu chí rõ ràng các mục kiểm tra, tiêu chí chấp nhận, vị trí camera, đường đi của robot, điều kiện chiếu sáng và yêu cầu lưu trữ dữ liệu .

Với cấu hình phù hợp, kiểm tra thị giác tự động có thể cung cấp giai đoạn xác minh cuối cùng nhất quán trước khi cụm động cơ hoặc hộp số rời khỏi dây chuyền sản xuất.

Big Bird Industrial / CN ISEE có thể phát triển các hệ thống thị giác máy tại cuối dây chuyền và các hệ thống phòng ngừa lỗi lắp ráp được tùy chỉnh theo cấu trúc chi tiết gia công, các mục kiểm tra, sự biến đổi sản phẩm và nhịp độ sản xuất.