Инспекция на повърхностни дефекти на коляновия вал: пълно визуално инспектиране на главните и шатунните шийки с детекция чрез бороскоп

Общ преглед

Коляновите вали са сложни въртящи се компоненти с множество шийки, противотежести, фланцови зони, ключови пазове и вътрешни отвори. Затова надеждната инспекционна система трябва да обхваща не само видимите повърхностни дефекти, но и дълбоки или вътрешни области, които не могат да се инспектират ефективно с конвенционални външни камери.

Решението за визуална инспекция на колянов вал от Big Bird Industrial комбинира няколко камери с площно сканиране, персонализирани бороскопи, роботизирано позициониране, машинно виждане, базирано на дълбоко обучение, и проследимост на кодове. Системата е проектирана за инспекция на повърхностни дефекти на коляновия вал, проверка на проникването на отворите за облекчаване на противотежестите, откриване на чужди тела в централните отвори и четене на кодовете за идентификация на продукта.

За посоченото приложение публикуваният цикъл на инспекция е 48 секунди, като действителният такт може да се конфигурира според изискванията към работната част и инспекцията.

1. Защо инспекцията на колянов вал е предизвикателство

Коляновият вал е ключов компонент на трансмисията, отговорен за преобразуване на връщащото се движение на буталата в ротационен изход. Геометрията му е силно тримерна, като главните и мотоваловите шийки са разположени по оста и свързани чрез кривошипни рамки и противотежести.

В зависимост от конструкцията на коляновия вал инспекцията може да обхваща:

• Главни шийки
• Мотовалови шийки
• Дълги шийки
• Фланцови шийки
• Повърхности на фланците
• Шпоночни пазове
• Центрови отвори
• Отвори за намаляване на теглото на противотежестта
• Малки торцеви повърхности

Въпреки че много от тези области имат подобни метални повърхности, потенциалните дефекти могат значително да се различават. Типичните обекти за инспекция включват:

• Удари
• Драскотини
• Петна
• Следи от триене
• Включвания
• Разцепи
• Черна окалина или черни повърхности
• Липса на материали
• Замърсяване с масло или вода

Предизвикателството става по-голямо, защото коляновият вал е въртящ се компонент с множество ъгли за инспекция. Обикновена станция с фиксирана камера може да не осигури достатъчно покритие на всички изисквани повърхности. Затова системата за инспекция изисква координирано движение и получаване на изображения от няколко ъгъла.

Проникване от страничната страна на отворите за намаляване на теглото на противотежестта

Един особено важен елемент за инспекция е страничното проникване на отворите за намаляване на теглото на противотежестта.

Отворите за намаляване на масата се изработват чрез машинна обработка, за да се коригира балансът на коляновия вал и да се намали ненужната маса. Ако отворът пробие в съседна повърхност или стена, това може да повлияе върху локалната структурна цялост и да създаде потенциална зона на концентрация на напрежение.

Тъй като този дефект може да е трудно забележим при визуален външен преглед, инспекцията отвътре на отвора чрез специализиран бороскоп може да осигури по-подходящ метод за откриване.

2. Решение за инспекция: мултикамерна визия + специализирани бороскопи

Системата за инспекция на коляновия вал използва множество метода за визуализация, за да охване както външните повърхности, така и труднодостъпните вътрешни области.

Публикуваният обхват на инспекцията включва:

Цялостност на QR кода

Системата проверява дали QR кодът на коляновия вал е пълен и четлив, което осигурява основа за идентификация на продукта и проследимост в по-нататъшните производствени етапи.

Проникване от страничната страна на отворите за намаляване на теглото на противотежестта

Специализираните бороскопи се използват за инспекция на вътрешната геометрия на отворите за намаляване на масата и за установяване на аномално проникване в съседни области.

Откриване на чужди тела в централния отвор

Вътрешното състояние на централното отворче на коляновия вал може да се инспектира за чужди тела или замърсяване, които не са видими при визуална проверка от външна камера.

Инспекция на малките торцеви повърхности

Малките торцеви повърхности на дългите шийки могат да се инспектират за:

• Удари
• Драскотини
• Петна
• Изтиране
• Включвания
• Разцепи
• Черна окалина
• Липса на материали
• Замърсяване с масло и вода

Инспекция на фланеца

Областта на фланеца също може да бъде включена в програмата за визуална инспекция, за да се идентифицират определени повърхностни дефекти.

Инспекция на шийки и ключови пазове

Системата може да инспектира повърхностите на:

• Главни шийки
• Мотовалови шийки
• Дълги шийки
• Фланцови шийки
• Шпоночни пазове

Този многозонен подход позволява програмата за инспекция да се конфигурира според действителната геометрия на коляновия вал и критериите за приемане, определени от клиента.

3. Камера и конфигурация на хардуера

Споменатата система използва комбинация от високорезолюционни площадни камери и персонализирани бороскопи.

Система за имагиниране

• площадни камери с резолюция 5 МР: 2 бр.
• площадни камери с резолюция 20 МР: 12 бр.
• Персонализирани бороскопи: 3 комплекти
• Източници на светлина за големи площи: 1 комплект
• Лентови светлини: 2 комплекта

Външните камери осигуряват високорезолюционно изображение на видимите повърхности на коляновия вал, докато бороскопите разширяват възможностите за инспекция към области като централни отвори и отвори за намаляване на теглото.

Зрение и управление

Системата включва:

• Четене на QR/код
• Инспекция чрез машинно виждане
• Алгоритми за дълбоко учене
• Проследяемост на инспекциите
• Анализ на данни от инспекции
• Региони за инспекция, дефинирани от потребителя
• Дистанционно наблюдение на инспекциите

Контролната система използва два промишлени компютъра от Advantech (AAEON) според публикуваната конфигурация на оборудването.

Роботизирано позициониране

Конфигурациите на съвместно работещи роботи могат да включват марки като:

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

Роботът премества системата за визуализация или координира позицията за инспекция според програмирания път за инспекция.

4. Технически характеристики

Следните спецификации се основават на публично достъпна информация за продукта относно посочената система за инспекция.

Цикълът от 48 секунди е публикувана приложима стойност, а не универсална гаранция за времето на цикъл. Фактическото време на цикъл трябва да се изчислява според геометрията на коляновия вал, броя на точките за инспекция, конфигурацията на камерите, траекторията на робота и зададените критерии за инспекция.

5. Основни съображения при избор на система за визуална инспекция на колянови валове

5.1 Дефиниране на елементите за инспекция по местоположение

Коляновите валове имат много зони за инспекция и различните зони може да имат различни критерии за дефекти.

Преди проектирането на оборудването спецификацията за инспекция трябва ясно да определя:

• Кои повърхности трябва да се инспектират
• Кои типове дефекти трябва да се откриват
• Допустими и недопустими условия
• Изискваната резолюция на изображението
• Дали е задължителна проследимостта

Това намалява повторните настройки на алгоритъма по време на пускането в експлоатация.

5.2 Оценка на достъпността до дълбоки отвори

При инспекцията за чужди тела в централния отвор и при страничната проникваща инспекция на отворите за облекчаване ключовият въпрос не е просто резолюцията на камерата.

Проектът трябва да оцени:

• Диаметър на отвора
• Глъбочина на дупката
• Вътрешна геометрия
• Достъпност на бороскопа
• Изискван ъгъл на наблюдение
• Осветителни условия

Може да се наложи персонализирана конфигурация на бороскопа, когато инспекционната зона не може да се наблюдава директно от външна камера.

5.3 Трактайте четенето на кодове като отделен показател за производителност

Инспекцията чрез QR-код е пряко свързана с проследимостта на продукта.

Следователно четенето на кодове трябва да се валидира независимо от откриването на дефекти, включително:

• Честота на успешното четене
• Разположение на кода
• Състояние на повърхността
• Контраст
• Качество на маркирането
• Връзка между данните от кода и резултатите от инспекцията

5.4 Валидирайте такта от 48 секунди

Инспекцията на много области в рамките на един цикъл изисква паралелно придобиване на изображения и оптимизирано движение на робота.

По време на системна интеграция изчисляването на времето за цикъл трябва да включва:

1. Зареждане на заготовката
2. Позициониране
3. Движение на робота
4. Придобиване на изображения
5. Обработка чрез алгоритъм
6. Четене на кодове
7. Изходен резултат
8. Отстраняване на детайла

Публикуваният цикъл от 48 секунди следователно трябва да се разглежда като референтна стойност за конкретно приложение, а не като фиксирана стойност за всеки маховик.

6. Видение, базирано на дълбоко учене, за множество типове дефекти на маховици

Инспекцията на маховици включва категории дефекти със значително различни визуални характеристики. Единичен конвенционален метод за обработка на изображения, базиран на правила, може да не е достатъчен за всяка инспекционна задача.

Цитираното решение използва машиночетене, базирано на дълбоко учене, заедно с инспекционни области, дефинирани според различните части на маховика.

За практически проекти е важно да се разполага с достатъчно примери на дефекти както за обучение, така и за валидация.

Това е особено актуално за дефекти като:

• Включвания
• Черна окалина
• Повърхностни драскотини
• Удари
• Изтиране
• Липса на материали

Подготовката на пробите често е един от най-важните етапи в проект за машинно виждане. Системата има нужда от репрезентативни примери както на продукти OK, така и на различни видове условия NG, за да се установят надеждни критерии за инспекция.

7. Възможностите за инспекция чрез машинно виждане на Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), преди това Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., предоставя интегрирани решения, обхващащи прецизно промишлено почистване и инспекция чрез машинно виждане за автомобилна и прецизна производствена употреба.

Нейният бизнес в областта на машинното виждане е организиран около специализирани области за инспекция, включително:

• Orient See — инспекция на размери и геометрия
• Surface See — инспекция на повърхностни дефекти
• Assembly See — инспекция на сглобяване и poka-yoke
• Inner See — инспекция на вътрешни отвори и вътрешни стени
• Paint See — инспекция на дефекти на боядисани повърхности
• Алгоритъм и софтуерна платформа — визуални алгоритми и софтуерни системи

За приложения с колянов вал Surface See може да се използва за инспекция на външни повърхностни дефекти, докато Inner See може да се прилага за изисквания към инспекцията на вътрешни отвори и труднодостъпни области.

Тази комбинация позволява интегрирането на различни технологии за инспекция според геометрията и изискванията към качеството на компонентите на трансмисията.

ЧЗВ

Защо трябва да се открива пробиването на страната на отворите за намаляване на теглото в контргеврите?

Отворите за намаляване на теглото се използват за балансиране на коляновия вал и намаляване на ненужната маса. Ако машинната обработка доведе до пробиване на отвор в съседна стена или повърхност, локалната конструкция може да бъде засегната и тази област може да стане потенциално място на концентрация на напрежение.

Тъй като дефектът може да не е видим отвън на отвора, за инспекция на вътрешната област може да се използва бороскоп.

Може ли един визуален алгоритъм да открива всички типове повърхностни дефекти на колянов вал?

Не задължително.

Дефектите на коляновия вал могат да се различават значително по форма, текстура, контраст и разположение. Алгоритмите за дълбоко обучение могат да бъдат конфигурирани за различни категории дефекти и зони за инспекция, но надеждната им производителност силно зависи от репрезентативни примери за обучение и валидиране.

Дефектите като включвания и черна окалина могат да зависят особено от материала и повърхностните характеристики, което прави събирането на проби важна част от проекта.

Наистина ли 48 секунди могат да обхванат толкова много зони за инспекция?

Системата, на която се прави справка, използва няколко камери, работещи паралелно, като различните камери са заделени за различни зони за инспекция. Роботизираното позициониране също може да премества системата за визуализация до необходимите места за инспекция.

Публикуваният цикъл от 48 секунди се отнася за приложението, на което се прави справка. Фактическото такт-време трябва да се изчисли въз основа на конкретния колянов вал, обхвата на инспекцията, траекторията на робота и изискванията за обработка на изображенията.

Може ли замърсяването с масло или вода да бъде погрешно интерпретирано като повърхностен дефект?

Да

Маслото и водата могат да създават отражения, тъмни области или други визуални шарове, които може да приличат на определени повърхностни дефекти. Затова те са посочени като специфични обекти за инспекция в споменатата система.

Алгоритмите за обработка на изображения могат да използват характеристики като форма и разположение, за да различават различните условия. Ако обаче върху детайла остане прекомерно количество масло или вода, предварителното отдухване или почистване в по-ранен етап може да намали визуалните смущения преди инспекцията.

Заключение

Визуалната инспекция на колянов вал не е просто въпрос на монтиране на високоразделителна камера. Сложната геометрия на коляновите валове изисква комбинация от многокътова снимка, роботизирано позициониране, персонализирани бороскопи, алгоритми за дълбоко учене и функции за проследимост.

За външните шийки, фланцовите повърхности и ключовите пазове многокамерната визия осигурява широко покритие на повърхността. За централните отвори и отворите за облекчаване на противотежестите бороскопската инспекция разширява машинното виждане към области, които конвенционалните външни камери не могат да наблюдават директно.

За посоченото приложение системата осигурява публикуван цикъл на инспекция от 48 секунди, като окончателната конфигурация и такт се определят от конкретната геометрия на коляновия вал и изискванията за инспекция.