Pět tříd vad, jedna kamera držená robotem

Přehled

Velká natřená součást má větší povrch, než je ekonomicky možné pokrýt pevnou uspořádaností kamer. Nárazník, dveře, zvedací víko nebo blatník mají každý několik ploch s různou křivostí a pokrytí všech těchto ploch z pevných pozic vyžaduje jednu kameru na každou plochu a jedno osvětlení na každou kameru.

Upevnění kamery na robot změní tento výpočet. Jeden senzor a jedno osvětlení postupně navštíví každou plochu a robot poskytne pokrytí, které jinak vyžadovalo by pole kamer. Náklady jsou zaplaceny pohybem: každý pohled se stane dráhou a každá dráha musí být dostatečně přesná, aby geometrie osvětlení byla stejná u tisící součásti jako u první.

Tento článek popisuje, co může inspekční stanice s robotem zkontrolovat, jak se osvětlení pohybuje spolu s kamerou a kde se ve skutečnosti nachází požadavek na přesnost. Společnost Big Bird Industrial (dříve Shimada Big Bird Industrial) vyvíjí systémy pro čištění a odstraňování ohrubů součástí automobilových pohonných jednotek od roku 2001; přístup k inspekci popsaný zde vychází z výrobních stanic pro natřené vnější díly.

1. Proč umístit kameru na robota

Argumentem je pokrytí na jeden senzor, které se stává rozhodujícím, jak roste velikost dílu.

Mnoho ploch, jeden senzor

Natřený uzávěr má horní plochu, boční plochu, okraje se zaoblením, vnitřní lemu a často i složitou křivku mezi nimi. Každá z těchto ploch představuje povrch kameře pod jiným úhlem a každá vyžaduje světlo pod konkrétním úhlem vzhledem k danému povrchu. Robot může držet jak kameru, tak osvětlení ve fixním vzájemném vztahu a tento vztah předkládat každé ploše.

Varianty bez nové optiky

Stanice postavená pro jeden panel je stanice, která se stane nečinnou při změně modelu. Hlava držená robotem zpracovává novou variantu naučením nové dráhy, což je programovací úkol, nikoli výrobní úkol. Právě tato vlastnost je důvodem, proč se tento uspořádání objevuje na linkách, kde se vyrábí několik variant panelů, každá v mírném objemu.

2. Pět tříd

Natřený povrch má třídy vad, které se liší velikostí, kontrastem a způsobem reakce na světlo; jediná stanice má detekovat všechny pět tříd.

Částice a mělké vryty

Částice je lokální výboulenina, která deformuje odrazivý lesk, zatímco mělký vryt je lokální změna sklonu na větší ploše. Oba se projevují směrovým odrazem: lesk se ohýbá tam, kde se ohýbá povrch. Ani jedna z těchto vad není viditelná za rozptýleného osvětlení, a proto stanice, která provádí kontrolu pouze za rozptýleného osvětlení, obě vynechá.

Pružiny, škrábance a stékání

Pískový otvor je tmavý bod se špičatým okrajem, rýha je čára rozptylující světlo a stékání je změna tloušťky vrstvy, která mění lokální sklon v dlouhé úzké oblasti. Tyto tři poruchy reagují na různé směry světla: pískový otvor na koaxiální, rýha na nízký úhel, stékání na šikmý zdroj podél své délky.

3. Osvětlení, které se pohybuje

Když se kamera pohybuje, musí se pohybovat i světlo, a to mění návrh obou prvků.

Pevný vztah

Praktické řešení je hlavice, která nese kameru i světlo v pevném mechanickém vztahu, takže úhel dopadu na povrch závisí pouze na dráze a ne na tom, kde se robot nachází uvnitř své pracovní oblasti. Právě to zajišťuje opakovatelnost naučené dráhy: geometrie je vlastností hlavice, nikoli polohy.

Hmotnost a zrychlení

Hlavice nesoucí zdroj světla je těžší než holá kamera a robot ji musí mezi snímky zrychlovat bez vibrací, které by rozmazaly expozici. Tento požadavek ovlivňuje návrh hlavice stejně silně jako optika a je důvodem, proč hlavice upevněné na robotech využívají tvarované světelné vodiče místo velkých lampových pouzder.

4. Kde leží požadavek na přesnost

Opakovatelnost dráhy se neměří v milimetrech polohy. Měří se stabilitou geometrie osvětlení na povrchu.

Úhel je důležitější než poloha

Pohled, který je o milimetr mimo cíl, stále vidí stejný povrch, ale pohled, jehož úhel dopadu světla se liší o několik stupňů, vytváří odlišný odraz a tedy i odlišný obraz. Klíčovým požadavkem je opakovatelnost úhlu hlavy vzhledem k povrchu, která se u zakřiveného panelu mění podél dráhy.

Vzdálenost od předmětu a zaostření

Pracovní vzdálenost musí být udržována dostatečně přesně, aby zůstaly konstantní zaostření i zvětšení, neboť měnící se zvětšení posune měřítko vad vzhledem k mřížce pixelů a poruší jakýkoli prahový rozměr. U velkého panelu proto dráha zahrnuje korekci ve směru kolmém k povrchu, nikoli pouze polohovou korekci.

5. Cyklový rozpočet

Stanice s robotem drženým v ruce tráví svůj cyklus pohybem místo expozicí, což je opakem stanice s pevnou kamerou.

Počet pohledů určuje čas

Každá plocha vyžaduje alespoň jedno záběrové zobrazení pro každý režim osvětlení; panel se pěti plochami a dvěma režimy tedy vyžaduje deset expozic plus čas na přesun mezi nimi. U nárazníku nebo sady uzávěrů lze dosáhnout cyklu o délce patnáct sekund nebo kratšího, avšak toto je dosaženo plánováním dráhy tak, aby po sobě následující záběry byly blízko u sebe, nikoli zkrácením doby expozice.

Kde se čas ztrácí

Čas se ztrácí při změnách směru a při návratu do bezpečné polohy. Dráha, která navštěvuje plochy v pořadí s velkými skoky, tráví více času přesunem než pořizováním záběrů – právě proto je pořadí záběrů optimalizací, nikoli libovolným seznamem.

6. Kdy mají pevné kamery výhodu

Stanice s robotem držícím kameru není univerzálně lepší. Pokud je díl malý a předkládán v jediné orientaci, má stanice s pevnými vícekamerovými zařízeními nulový čas pohybu a žádnou dráhu k udržování, a proto překoná robotickou stanici jak z hlediska cyklového času, tak spolehlivosti.

Volba vyplývá z počtu ploch a počtu variant. Mnoho ploch a mnoho variant upřednostňuje robota; jedna plocha a jedna varianta upřednostňují pevné kamery. Stanice navržená pro jeden vysokovýkonnostní panel s jednou kritickou plochou nepotřebuje robota, a jeho přidání zvyšuje údržbu bez rozšíření pokrytí.

7. Ověření stanice s robotem

Ověření musí testovat jak dráhu, tak optiku, protože právě v dráze se nachází variabilita.

Reference panel s defekty na známých pozicích je předložen několikrát a stanice musí tyto defekty detekovat stejnou mírou při každém průchodu a ve stejné naměřené velikosti. Stanice, která detekuje částici při prvním průchodu, ale při třetím ji přehlédne, má problém s dráhou nebo se stabilitou osvětlení – a to je jiný problém než problém s prahem detekce.

8. Plánování dráhy pro pokrytí

Dráha je proces u stanice s robotem a je navrhována, nikoli učena metodou pokus–omyl.

Seskupování záběrů podle orientace

Plochy, které vyžadují stejný úhel osvětlení, se prohlížejí společně, i když nejsou sousední, protože alternativou je přepínání režimů mezi každým pohledem. U uzávěru to znamená seskupení horních ploch, poté bočních ploch a nakonec okraje s poloměrem zaoblení, přičemž režim se mění na hranici každé skupiny, nikoli na hranici každé jednotlivé plochy.

Směr příjezdu

Každý pohled vyžaduje přístup, který udržuje hlavu mimo součást při přibližování i odvádění, a u zakřiveného panelu se přístupní směr neshoduje se směrem pohledu. Cesta, která toto ignoruje, způsobí kolizi u varianty s mírně odlišným poloměrem, a proto jsou přístupní vektory součástí programu, nikoli vlastností robota.

Cesta navržená tímto způsobem běží v konzistentním cyklu bez překvapení a stejná struktura umožňuje její snadné naučení pro další variantu bez nutnosti začínat prázdným programem.

Často kladené otázky

Může jedna hlava pokrýt všech pět tříd?

Ano, pokud má více než jeden režim osvětlení. Jeden režim dobře pokrývá některé třídy a jiné vynechává, proto výrobní hlava přepíná mezi alespoň dvěma režimy.

Jak často je nutné cestu znovu naučit?

Po jakékoli mechanické změně hlavy, uchycení nebo robota a po kolizi. Jinak se kontroluje pomocí referenčního panelu místo opětovného naučení.

Ovlivňuje rychlost robota detekci?

Pouze pokud dojde k expozici během pohybu robota. Indexované polohování před každou expozicí tento efekt odstraní, avšak za cenu prodloužení cyklového času.

Jaká je hlavní položka údržby?

Samotná hlava: výkon lampy, čistota čočky a mechanické zarovnání mezi kamerou a světlem. Všechny tři položky se postupně mění a všechny tři změní obraz, aniž by vyvolaly chybovou zprávu.

Závěr

Kamera držená robotem zakupuje pokrytí na senzor, což ji činí ekonomickou u velkých dílů se značným počtem ploch a několika variantami. Cena se platí během pohybu, přičemž pohyb musí udržovat geometrii osvětlení, nikoli pouze polohu.

Pro pět tříd vad je nutný více než jeden režim osvětlení a přijímací test musí stejný referenční panel opakovat několikrát. Stanice, která projde testem jednou, prokázala pouze jedno snímek, nikoli celý proces.