Kontrolní přípravek nebo vizuální měření: 20 000 CNY za přípravek versus 50 modelů

Přehled

Rozměrová kontrola lisované nebo lité součásti se obvykle provádí pomocí kontrolního přípravku: pevného měřidla, které uchycuje součást v definovaném základním bodu a nabízí kolíky, bloky a funkce typu „ano/ne“ pro každou řízenou charakteristiku. Přípravky jsou rychlé, dotykové a dobře známé výrobním týmům. Zároveň jsou však drahé na každou variantu, trvale zabírají výrobní plochu a nedokáží změřit nic jiného než to, pro co byly navrženy.

Vizuální měření plní stejnou úlohu pomocí kamer bez fyzického kontaktu. Je pomalejší na jednu charakteristiku u jedné součásti, avšak stejný hardware lze znovu naprogramovat pro jinou variantu bez nutnosti nového měřidla. Volba mezi oběma metodami není pouze otázkou starého versus nového přístupu; záleží na počtu variant, které linka zpracovává, na počtu řízených charakteristik a na tom, jak se požadovaná přesnost porovnává s přesností, kterou daný výrobní proces zaručuje.

Společnost Big Bird Industrial (dříve Shimada Big Bird Industrial) vyvíjí a vyrábí systémy pro čištění a odstraňování osten z dílů automobilových pohonných jednotek od roku 2001; číselné údaje uvedené v této diskusi o měření odpovídají hodnotám uvedeným v výrobních specifikacích, nikoli srovnání v laboratorních podmínkách.

1. Skutečné náklady na kontrolní přípravek

Jeden kontrolní přípravek pro konstrukční díl automobilu obvykle stojí mezi 20 000 a 200 000 CNY, v závislosti na počtu kontrolních prvků, schématu referenčních bodů a výrobní toleranci samotného měřícího přípravku. Tato částka se vztahuje na každou variantu zvlášť. Program pokrývající několik set variant tak znamená náklady na přípravky, které rostou lineárně s počtem modelů.

Náklady, které nejsou uvedeny v cenové nabídce

Každá přípravek vyžaduje také místo pro skladování a pracovní plochu. Velký konstrukční přípravek může zabírat plochu o rozměrech tři metry krát tři metry nebo více, a továrna provozující stovky přípravků potřebuje vyhrazenou místnost pro kalibrační přístroje s regulovanou teplotou. Opakující se náklady jsou spojené s využitím prostoru, manipulací a pravidelnou recertifikací, nikoli s pořizovací cenou, a trvají po celou dobu trvání programu.

Případy, kdy zůstávají přípravky správnou odpovědí

Přípravky jsou vhodné tam, kde je rozhodující hmatový charakter, kde kontrola probíhá přímo u výrobní linky operátorem a kde je malý a stabilní počet variant. Kontrolní pomůcka typu „ano/ne“, kterou může operátor za několik sekund nasadit, je stále nejúčinnějším způsobem ověření několika klíčových parametrů u dílu vysokého výrobního objemu.

2. Skutečné náklady na vizuální měření

Více-kamerová vizuální stanice je větší jednorázová zakázka než jedna upínací sada, ale menší zakázka než sada upínacích sad, kterou nahrazuje, jakmile počet variant překročí určitý práh. Ekonomika závisí na tomto poměru, nikoli na absolutní ceně kterékoli z možností.

Krytí na stanici

Jediný vizuální systém lze naprogramovat pro 50 až 80 vozových variant, protože přepnutí mezi variantami spočívá pouze v načtení jiného kontrolního postupu a v případě potřeby i jiného upínacího držáku. Hardware se nemění. Právě tato vlastnost činí porovnání nelineárním: náklady na upínací sady rostou s počtem modelů, zatímco náklady na vizuální systémy rostou s počtem stanic.

Rychlost na funkci

Statický systém s více kamerami dokáže změřit přibližně 100 měřicích bodů za 30 sekund, protože všechny kamery exponují současně a žádný mechanizmus se nemusí mezi body pohybovat. Dvoukamerová konfigurace s robotem, který senzor přemisťuje, je pomalejší – zhruba tři sekundy na bod. Tento rozdíl je jedním z důvodů, proč se statické systémy s více kamerami uplatňují převážně tam, kde je cyklový čas velmi omezený.

3. Kde každá metoda dosahuje svých mezí

Obě metody mají upřímné režimy selhání a užitečné je porovnávat, kde každá z nich přestává fungovat, nikoli kde každá z nich dobře funguje.

Meze vizuálního měření

Vysoce odrazivé zakřivené povrchy vracejí zrcadlové odlesky, které zakrývají hranu, která se měří; běžným řešením je promítání laserového vzoru teček, aby měl povrch texturu pro triangulaci. Hrany u náhlých změn úhlu způsobují chybějící body v rekonstruovaném mraku bodů, což znamená, že ostrý výstup nebo úzký zaoblený přechod může vyžadovat jiný pohled nebo jiný senzor. Žádné z těchto omezení není nedostatkem metody, ale obě je nutné zohlednit při návrhu.

Meze uchycovacího zařízení

Přípravek měří to, pro co byl navržen. Pokud se změní výkres, je přípravek zbytečný nebo vyžaduje přepracování. Pokud je zavedena nová verze, je potřebný nový přípravek. Když program běží roky a poměr jednotlivých modelů se mění, stává se soubor přípravků zátěží pro údržbu bez jakékoliv zbytkové hodnoty.

4. Problém výroby více verzí

Porovnání se obvykle řeší u výroby více verzí. Linka, která vyrábí několik vysoce objemových verzí, si může dovolit jeden přípravek na každou verzi. Linka, která vyrábí desítky verzí v nižším objemu, to nemůže: prostor pro přípravky roste rychleji než výrobní plocha.

Počítačové vidění zvládá případ více verzí, protože mezní náklady na další verzi jsou pouze čas věnovaný inženýrské práci, nikoli kapitálové náklady. Tato výhoda se stává rozhodující, když se seznam verzí stále rozšiřuje v době, kdy je zařízení objednáváno – což je u programů nových energetických vozidel běžné.

5. Přesnostní rozpočet, který nikdo nepíše

Obě metody se obvykle porovnávají s tolerancí kresby, nikoli s nejistotou měření, kterou přispívají. U charakteristiky s tolerancí plus/minus 0,5 mm a nejistotou měření 0,1 mm je ještě před zahájením vlastního procesu spotřebována jedna pětina tolerančního pásma. Konvenční pravidlo palce vyžaduje nejistotu měřidla rovnou jedné desetině tolerance; v praxi se u konstrukčních dílů často používá poměr jedna čtvrtina a rozdíl se kompenzuje studií schopnosti procesu, nikoli přesností měřidla.

To má význam při srovnání, protože obě metody selhávají různým způsobem. Přípravek je pevné měřidlo: jeho nejistota je pevně stanovena při výrobě a nemění se v závislosti na stavu povrchu součásti, avšak dochází k opotřebení polohovacích kolíků a upínacích čelistí. Nejistota systému strojového vidění závisí na jakosti povrchu, stabilitě osvětlení a kalibraci a postupně se zhoršuje se stárnutím světelných zdrojů. Žádná z metod není automaticky přesnější; obě vyžadují stanovení intervalu recertifikace v plánu údržby.

Konzistence referenčních bodů je společnou závislostí

Každá rozměrová kontrola závisí na schématu referenčních bodů a obě metody uchycují součást v definované poloze, aby jej bylo možné stanovit. Pokud jsou referenční prvky malé, zaoblené nebo špatně tvarované, může být stejná součást změřená na přípravku a na stanici strojového vidění odlišná o více než povolená tolerance. Tato rozdílnost je problémem referenčních bodů, nikoli hardwarovým problémem, a je vhodné jej vyřešit ještě před zakoupením kterékoli z metod.

6. Posloupnost rozhodování

Praktická posloupnost je nejprve spočítat řízené charakteristiky a varianty, poté porovnat náklady na sady přípravků s náklady na jednu vizuální stanici a nakonec zkontrolovat, zda požadavek na přesnost spadá do možností vizuálního systému a zda povrchová úprava vůbec umožňuje optické měření.

Je-li odpověď nejasná, často vyhrává hybridní uspořádání: přípravek nebo malý měřicí přístroj pro dvě či tři charakteristiky, které je nutné kontrolovat u každé součásti přímo na výrobní lince, a vizuální stanice pro kompletní rozměrovou revizi s nižší frekvencí. Toto rozdělení zachovává rychlou dotykovou kontrolu tam, kde patří, aniž by bylo nutné vyvinout samostatný měřicí přístroj pro každou variantu.

Často kladené otázky

Je vizuální měření stejně přesné jako měření na souřadnicovém měřicím stroji (CMM)?

U charakteristik, pro které je vizuální systém navržen, je shoda s měřením na CMM v rámci 0,1 mm a opakovatelnost polohy u vícekamerového systému je pod 0,1 mm. Vizuální měření nenahrazuje obecně CMM u všech charakteristik, zejména u hlubokých otvorů a prvků, které nelze z žádné pozice kamery vidět.

Jak dlouho trvá přidání nové varianty?

Přidání varianty do stávající vizuální stanice je programovací úkol měřený dny, nikoli zakoupení vybavení měřené měsíci. Hardware, osvětlení a upínací zařízení zůstávají beze změny, pokud nová součástka nespadá mimo rozměrové limity stanice.

Může vizuální systém kontrolovat součástku s vysoce lesklým povrchem?

Ano, pomocí jiné strategie osvětlení. Projekce laserového skvrnitého vzoru poskytuje povrchu umělou texturu, která obnovuje triangulaci. Bez tohoto postupu se odraz pohybuje se změnou pozorovacího úhlu a měření se stává nestabilním.

Co se děje se stávajícími upínacími zařízeními?

Obvykle zůstávají pro kritické kontrolní body přímo u výrobní linky a pro auditní kontroly zákazníků, které vyžadují dotykovou metodu. Úplné vyřazení těchto zařízení je vzácné, protože písemný kontrolní standard často uvádí konkrétní měřící přístroj.

Závěr

Porovnání nejde o to, která metoda je pokročilejší. Jde o to, která křivka nákladů se uplatňuje: u přípravků se náklady zvyšují s počtem variant, zatímco u vizuální kontroly rostou s počtem stanic. Jakmile jsou známy počet variant a počet charakteristik, odpověď vyplývá z aritmetiky, nikoli z preferencí.

Tam, kde se obě metody blíží, je obvykle nejvhodnější hybridní uspořádání – a to je také jediné, které přežije změnu modelu bez nutnosti zahodit celou strategii inspekce.