Kontrola povrchových vad klikového hřídele: kompletní vizuální kontrola hlavních a ojnových čepů s detekcí endoskopem

Přehled

Klikové hřídele jsou složité rotující součásti s několika ložiskovými částmi, protizávažími, přírubovými plochami, drážkami pro pero a vnitřními otvory. Spolehlivý systém kontroly musí proto zahrnovat nejen povrchové vady viditelné okem, ale také hluboké či vnitřní oblasti, které nelze účinně kontrolovat pomocí běžných vnějších kamer.

Řešení pro vizuální kontrolu klikových hřídelů od společnosti Big Bird Industrial kombinuje několik kamer typu area-scan, přizpůsobené endoskopy, robotické umísťování, strojové vidění založené na hlubokém učení a sledovatelnost kódů.

U zmíněné aplikace je uvedená doba kontroly 48 sekund; skutečný takt lze však nastavit podle konkrétního obrobku a požadavků na kontrolu.

1. Proč je kontrola klikových hřídelů náročná

Klikový hřídel je klíčovou součástí pohonné jednotky, jejíž úkolem je převádět vratný pohyb pístu na rotační výstup. Jeho geometrie je vysoce trojrozměrná: hlavní ložiskové čepy a klikové čepy jsou rozmístěny podél hřídele a spojeny klikovými rameny a protizávažími.

V závislosti na konstrukci klikového hřídele může kontrola zahrnovat:

• Hlavní ložiskové čepy
• Klikové čepy
• Dlouhé čepy
• Přírubové čepy
• Plochy přírub
• Drážky
• Středové otvory
• Otvory pro zlehčení protizávaží
• Malé čelní plochy

Ačkoli mají mnohé z těchto oblastí podobné kovové povrchy, potenciální vady se mohou výrazně lišit. Typické cíle kontrol zahrnují:

• Nárazových stop
• Škrábance
• Skvrny
• Stopy od opotřebení
• Vkládání
• Trhliny
• Černý škvárový nebo černý povrchový nános
• Nedostatek materiálu
• Znečištění olejem nebo vodou

Výzva se stává obtížnější, protože klikový hřídel je rotující součást s více úhly kontroly. Konvenční stanice se stacionárními kamerami nemusí poskytnout dostatečné pokrytí všech požadovaných povrchů. Systém kontroly proto vyžaduje koordinovaný pohyb a pořízení obrazů z více úhlů.

Průnik ze strany otvorů pro zlehčení protizávaží

Jednou z obzvláště důležitých položek kontroly je průnik ze strany otvorů pro zlehčení protizávaží.

Otvory pro zlehčení jsou obráběny za účelem vyvážení klikového hřídele a snížení nadbytečné hmotnosti. Pokud se otvor prorazí do sousední plochy nebo stěny, může to ovlivnit místní pevnost konstrukce a vytvořit potenciální oblast koncentrace napětí.

Jelikož lze tento defekt z vnějšího pohledu obtížně identifikovat, umožňuje jeho spolehlivější detekci prohlídka zevnitř otvoru pomocí přizpůsobeného endoskopu.

2. Řešení pro kontrolu: více-kamerový vizuální systém + přizpůsobené endoskopy

Systém pro kontrolu klikového hřídele využívá několik metod zobrazování k prozkoumání jak vnějších povrchů, tak těžko přístupných vnitřních oblastí.

Zveřejněný rozsah kontroly zahrnuje:

Integrita QR kódu

Systém zkontroluje, zda je QR kód klikového hřídele kompletní a čitelný, čímž poskytne základ pro identifikaci výrobku a sledovatelnost v následných procesních krocích.

Průnik ze strany otvorů pro zlehčení protizávaží

Pro kontrolu vnitřní geometrie otvorů pro zlehčení a pro identifikaci neobvyklého proražení do sousedních oblastí se používají přizpůsobené endoskopy.

Detekce cizích předmětů v centrálním otvoru

Vnitřní stav středového otvoru klikového hřídele lze prozkoumat na přítomnost cizích předmětů nebo kontaminace, které nemusí být viditelné z vnější kamery.

Kontrola vad malé čelní plochy

Malé čelní plochy dlouhých ložiskových čepů lze prozkoumat na přítomnost:

• Nárazových stop
• Škrábance
• Skvrny
• Mrazení
• Vkládání
• Trhliny
• Černé škály
• Nedostatek materiálu
• Kontaminace olejem a vodou

Kontrola příruby

Oblast příruby lze také začlenit do programu vizuální kontroly za účelem identifikace stanovených povrchových vad.

Kontrola ložiskových čepů a drážek pro pero

Systém může prozkoumat povrchy:

• Hlavní ložiskové čepy
• Klikové čepy
• Dlouhé čepy
• Přírubové čepy
• Drážky

Tento víceoblastní přístup umožňuje nakonfigurovat program kontroly podle skutečné geometrie klikového hřídele a kritérií přijatelnosti definovaných zákazníkem.

3. Kamera a hardwarová konfigurace

Odkazovaný systém využívá kombinaci vysoce rozlišených plošných kamer a přizpůsobených endoskopů.

Obrazový systém

• plošné kamery s rozlišením 5 MP: 2 kusy
• plošné kamery s rozlišením 20 MP: 12 kusů
• Přizpůsobené endoskopy: 3 sady
• Zdroje světla pro velkou plochu: 1 sada
• Tyčová světla: 2 sady

Externí kamery poskytují vysoce rozlišené zobrazení viditelných povrchů klikového hřídele, zatímco endoskopy rozšiřují možnosti prohlídky do oblastí, jako jsou středové otvory a vyvážecí otvory.

Vize a řízení

Systém integruje:

• Čtení QR/kódu
• Prohlídka strojového vidění
• Algoritmy hlubokého učení
• Sledovatelnost inspekce
• Analýza dat z kontrol
• Uživatelem definované oblasti kontrol
• Vzdálené prohlížení kontrol

Řídicí systém využívá dva průmyslové počítače od společnosti Advantech (AAEON) podle publikované konfigurace zařízení.

Polohování robotem

Konfigurace spolupracujících robotů mohou využívat značky včetně:

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

Robot se pohybuje s obrazovým systémem nebo koordinuje polohu pro kontrolu podle naprogramované cesty kontroly.

4. Technické specifikace

Následující specifikace vycházejí z veřejně dostupných informací o uvedeném systému pro kontrolu.

Cyklus 48 sekund je publikovaná hodnota pro konkrétní aplikaci, nikoli univerzální záruka doby cyklu. Skutečnou dobu cyklu je třeba vypočítat na základě geometrie klikového hřídele, počtu kontrolních bodů, konfigurace kamer, dráhy robotu a požadovaných kontrolních kritérií.

5. Klíčové faktory při výběru systému vizuální kontroly klikových hřídelů

5.1 Definice kontrolních položek podle polohy

Klikové hřídele obsahují mnoho kontrolních oblastí, přičemž různé oblasti mohou mít odlišná kritéria pro vady.

Před návrhem zařízení by měla specifikace kontroly jednoznačně definovat:

• Které povrchy je třeba prozkoumat
• Které typy vad je třeba detekovat
• Přijatelné a nepřijatelné stavy
• Požadované rozlišení obrazu
• Zda je vyžadována sledovatelnost

Tím se snižuje opakovaná úprava algoritmů během uvedení do provozu.

5.2 Posouzení přístupnosti hlubokých otvorů

U kontroly cizích předmětů v centrálních otvorech a u kontroly průniku světla v otvorech pro zlehčení není klíčovým faktorem pouze rozlišení kamery.

Projekt by měl posoudit:

• Průměr díry
• Hloubka díry
• Vnitřní geometrie
• Přístupnost endoskopu
• Požadovaný úhel pohledu
• Světelné podmínky

Přizpůsobená konfigurace endoskopu může být vyžadována, pokud nelze kontrolní oblast přímo pozorovat pomocí vnější kamery.

5.3 Považujte čtení kódů za samostatný ukazatel výkonu

Kontrola QR-kódu je přímo spojena s sledovatelností výrobku.

Čtení kódů proto musí být ověřeno nezávisle na detekci vad, včetně:

• Úspěšnost čtení kódu
• Umístění kódu
• Stav povrchu
• Kontrast
• Kvalita označení
• Vztah mezi daty kódu a výsledky kontroly

5.4 Ověřte takt 48 sekund

Prohlídka mnoha oblastí během jednoho cyklu vyžaduje paralelní získávání obrazu a optimalizovaný pohyb robota.

Při integrování systému by výpočet času cyklu měl zahrnovat:

1. Náklad obrobku
2. Pozice
3. Pohyb robota
4. Získávání obrazu
5. Zpracování algoritmu
6. Čtení kódu
7. Výstup výsledků
8. Vykládání obrobku

Publikovaný cyklus 48 sekund by proto měl být chápán jako referenční hodnota pro konkrétní aplikaci, nikoli jako pevná hodnota pro každý klikový hřídel.

6. Počítačové vidění založené na hlubokém učení pro více typů vad klikových hřídelů

Prohlídka klikových hřídelů zahrnuje kategorie vad s výrazně odlišnými vizuálními charakteristikami. Jediná konvenční pravidlová metoda zpracování obrazu nemusí být pro každou položku prohlídky dostačující.

Odkazované řešení využívá počítačové vidění založené na hlubokém učení spolu s oblastmi prohlídky definovanými podle různých částí klikového hřídele.

Pro praktické projekty jsou dostatečné vzorky vad důležité jak pro trénink, tak pro validaci.

Toto je zvláště důležité u vad, jako jsou:

• Vkládání
• Černé škály
• Povrchové rýhy
• Nárazových stop
• Mrazení
• Nedostatek materiálu

Příprava vzorků je často jedním z nejdůležitějších kroků projektu strojového vidění. Systém potřebuje reprezentativní příklady jak bezvadných výrobků, tak různých typů vadných stavů (NG), aby bylo možné stanovit spolehlivá kritéria pro kontrolu.

7. Strojové vidění společnosti Big Bird Industrial – možnosti kontroly

Společnost Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), dříve Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., poskytuje integrovaná řešení pokrývající přesné průmyslové čištění a kontrolu pomocí strojového vidění pro automobilový průmysl a aplikace v oblasti přesného výrobního inženýrství.

Obchodní činnost ve výrobě strojového vidění je organizována kolem specializovaných oblastí kontroly, mezi něž patří:

• Orient See — kontrola rozměrů a geometrie
• Surface See — kontrola povrchových vad
• Assembly See — kontrola montáže a poka-yoke
• Inner See — kontrola vnitřních otvorů a vnitřních stěn
• Paint See — kontrola vad povrchu nátěru
• Algoritmus a softwarová platforma – vizuální algoritmy a softwarové systémy

U aplikací na klikové hřídele může Surface See sloužit k inspekci vad vnějšího povrchu, zatímco Inner See lze použít pro inspekční požadavky týkající se vnitřních otvorů a těžko přístupných oblastí.

Tato kombinace umožňuje integrovat různé inspekční technologie podle geometrie a požadavků na kvalitu komponentu pohonného ústrojí.

Často kladené otázky

Proč je nutné detekovat průnik na straně vyvážovacích otvorů?

Vyvážovací otvory slouží k vyvážení klikového hřídele a ke snížení nadbytečné hmotnosti. Pokud obrábění způsobí průnik otvoru do sousední stěny nebo povrchu, může být lokální konstrukce ovlivněna a daná oblast se může stát potenciálním místem soustředění napětí.

Protože vada nemusí být z vnějšku otvoru viditelná, lze k inspekci vnitřní oblasti použít endoskop.

Může jeden vizuální algoritmus detekovat všechny typy povrchových vad klikového hřídele?

Ne nutně.

Chyby klikového hřídele se mohou výrazně lišit tvarem, texturou, kontrastem a polohou. Algoritmy hlubokého učení lze nakonfigurovat pro různé kategorie chyb a oblasti kontroly, avšak spolehlivý výkon závisí výrazně na reprezentativních tréninkových a validačních vzorcích.

Chyby jako například vměsky nebo černá škála mohou být zvláště závislé na materiálových a povrchových vlastnostech, což činí sběr vzorků důležitou součástí projektu.

Může 48 sekund opravdu pokrýt tolik kontrolních oblastí?

Odkazovaný systém využívá více kamer pracujících paralelně, přičemž jednotlivé kamery jsou přiřazeny různým kontrolním oblastem. Robotické umístění může také přesunout zobrazovací systém na požadované kontrolní polohy.

Publikovaný cyklus 48 sekund se vztahuje na odkazovanou aplikaci. Skutečný taktový čas je třeba vypočítat na základě konkrétního klikového hřídele, rozsahu kontroly, dráhy robota a požadavků na zpracování obrazu.

Může být kontaminace olejem nebo vodou zaměněna za povrchovou chybu?

Ano.

Olej a voda mohou vytvářet odrazy, tmavé oblasti nebo jiné vizuální vzory, které se mohou podobat určitým povrchovým vadám. Jsou proto uvedeny jako specifické cíle pro kontrolu v odkazovaném systému.

Obrazové algoritmy mohou využívat charakteristiky, jako jsou tvar a poloha, k rozlišení různých stavů. Pokud však na součásti zůstane příliš mnoho oleje nebo vody, může před kontrolou pomoci odstranění (např. foukáním) nebo čištění v předchozí fázi výrobního procesu, čímž se sníží vizuální rušení.

Závěr

Vizuální kontrola klikových hřídelí není pouhým umístěním vysoce rozlišené kamery. Komplexní geometrie klikových hřídelí vyžaduje kombinaci víceúhlového snímání, robotického umístění, přizpůsobených endoskopů, algoritmů založených na hlubokém učení a funkcí sledovatelnosti.

Pro vnější ložiskové plochy, přírubové plochy a drážky pro pero poskytuje vícekamerová vizuální kontrola široké pokrytí povrchu. Pro středové otvory a otvory ve vyvážecích závažích umožňuje kontrola endoskopem rozšířit strojové vidění do oblastí, které konvenční vnější kamery nemohou přímo pozorovat.

Pro danou aplikaci poskytuje systém publikovaný inspekční cyklus o délce 48 sekund, přičemž konečná konfigurace a takt jsou určeny konkrétní geometrií klikového hřídele a požadavky na kontrolu.