Kontrola sací desky: 79 průchozích otvorů a problém tolerance

Přehled

Ventilová deska je plochá součást s velkým počtem otvorů, které všechny musí být na správném místě. Součást je malá, počet otvorů vysoký a tolerance tak úzká, že jediné posunutí vrtání způsobí, že celá deska je zmetek. Ruční kontrola je pomalá a výběrová kontrola nemá smysl: chyba vzniká při vrtání, takže každá deska je buď bezvadná, nebo nikoli.

Společnost Big Bird Industrial (dříve Shimada Big Bird Industrial) dodává systémy pro rozměrovou a defektovou kontrolu automobilových komponent od roku 2001. Tento článek popisuje, jak se 79-otvorová deska kontroluje najedou, proč je pro optický návrh rozhodující šířka tolerance a ne počet otvorů, a jak formulovat přijímací kritéria, která vydrží audit.

1. Proč počet otvorů určuje architekturu

Desku se třemi otvory lze zkontrolovat jedinou kamerou a příslušným upínacím zařízením. Desku se sedmdesáti devíti otvory nelze – a to z prostého důvodu: zorné pole potřebné k zachycení celé desky při rozlišení nutném pro měření polohy otvoru je větší, než jakékoliv jediné kamery v tomto rozlišení dokáže poskytnout.

Praktickým řešením je stanice s více kamerami, která snímá desku po překrývajících se dlaždicích a následně spojuje měření do jednoho souřadnicového systému. Alternativní řešení – jedna kamera na pohyblivé stolici – zvyšuje rozlišení za cenu doby cyklu, avšak doba cyklu je druhým omezením.

Jakmile je architektura založena na více kamerách, stává se kalibrace hlavním technickým úkolem. Každá kamera má svou vlastní deformaci obrazu, svou vlastní polohu (pose) vzhledem k desce a svou vlastní nejistotu měření. Kvalita celého systému je dána kvalitou spojování (stitching), a kvalita spojování je dána kvalitou kalibračního artefaktu.

2. Co je třeba změřit u každého otvoru

Tři veličiny jsou pro každý otvor rozhodující a mají různé tolerance.

Pozice

Střed otvoru vzhledem k referenčním prvkům desky. Tato tolerance rozhoduje o tom, zda deska utěsní a zda se na ni připevní protilehlá součást pomocí šroubů.

Průměr

Měřeno jako ekvivalentní kružnice nebo jako minimální vepsaná kružnice, podle výkresu. Volba je důležitá u probíjených nebo vrtaných otvorů s mírným kuželovitým tvarem: tyto dvě definice se mohou lišit o více než povolenou toleranci.

Formulář

Kulovitost a přítomnost oštěpu. Otvor, který splňuje požadavky na polohu a průměr, ale má na výstupní straně oštěp, nebude utěsnit; právě tento oštěp je něco, co dvourozměrný pohled shora nezachytí.

3. Pás tolerance rozhoduje o optice

Pravidlo je jednoduché a často ignorované: nejistota měření musí být zlomkem tolerance, nikoli zlomkem rozměru součásti. Pokud je tolerance polohy ±0,05 mm, systém s nejistotou 0,03 mm není způsobilý, protože bude stejnou pravděpodobností odmítat dobré součásti i přijímat špatné.

Dva z těchto požadavků jsou optické a jeden mechanický. Deska, která není upevněna rovně a opakovatelně, se mezi kalibrací a měřením posune, a žádné podpixelové hranové vyhledávání nedokáže ztracenou přesnost obnovit.

4. Doba cyklu: Kam zmizí sekundy

79dírková kontrola netrvá dlouho na jednu dírku. Trvá dlouho na jednu desku a doba je určena třemi věcmi: pořízením obrazu, zpracováním obrazu a manipulací. Pořízení je omezeno expozicí a počtem dlaždic; zpracování roste s počtem dírek a složitostí proložení; manipulace zahrnuje náklady spojené s naložením, lokalizací a vyložením desky.

Užitečný technický krok je tyto operace překrýt. Pořízení dlaždice číslo dvě může probíhat, zatímco dlaždice číslo jedna je zpracovávána, a deska může být lokalizována již během jejího pohybu do konečné polohy. Systém navržený jako přísná posloupnost bude několikrát pomalejší než systém navržený jako potrubní (pipeline), a to za stejných hardwarových nákladů.

5. Přijímací kritéria pro vícedírkovou desku

Přijímací test rozměrové kontroly není ukázkou. Je to měření systému proti známému kalibrovanému vzorku, opakované dostatečným počtem krát, aby bylo možné uvést nejistotu.

6. Kde tyto systémy ve své praxi selhávají

Selhání jsou zřídka optického charakteru. Upínací přípravek, který se opotřebuje, posune desku o více než je tolerance během jednoho roku. Kalibrační artefakt, který je změřen pouze jednou a poté uložen, se bude s teplotou posouvat. Osvětlovací jednotka, která stárne, posune hranici okraje a změní naměřený průměr o několik mikrometrů – což je u přísné tolerance již dostatečné.

Ochranným opatřením je údržbový plán, který považuje kalibraci, stav upínacího přípravku a osvětlení za spotřební položky, nikoli za úkoly prováděné pouze při uvedení do provozu. Systém, který je měsíčně ověřován proti artefaktu, se bude pomalu a viditelně posouvat; systém ověřený pouze jednou selže tiše.

7. Když je deska součástí sady

Deska s ventily zřídka pracuje sama. Nachází se mezi těsněním, tělem a krytem a důležité jsou otvory, které musí být v celém sestavení zarovnané. To mění otázku kontroly z „je tento otvor v toleranci?“ na „bude tento otvor zarovnaný s dílem nad ním?“ — a to nejsou stejné otázky.

Praktickým důsledkem je, že referenční bod pro sestavu složenou z více částí by měl být společný. Pokud je deska měřena podle tří polohových otvorů, ale sestava je montována podle vnějšího okraje, oba souřadnicové systémy se během výrobní série postupně rozcházejí a deska může být dokonale v toleranci, zatímco celá sestava bude mít špatné zarovnání.

Způsob uvažování o sestavě složené z více částí také mění, co se považuje za vadu. Ostrý hranový přebytek (burr) na výstupní straně otvoru, který směřuje k těsnění, těsnění stlačí a vytvoří cestu pro únik; stejný přebytek směřující do otevřené dutiny je však neškodný. Dvě identické desky se proto mohou lišit v přijetí podle jejich orientace a pracoviště musí vědět, která strana je která.

Nakonec montáž vyžaduje rovnost, kterou samostatní kontrola desky často vynechává. Deska, která je v toleranci otvor po otvoru, ale je prohnutá o desetinu milimetru, netěsní a výsledná netěsnost se připisuje těsnění místo desce. Měření rovnosti ve stejné stanici, kdy je deska ve volném stavu, tento nedostatek odstraňuje za cenu jednoho dalšího senzoru.

8. Vložená buňka nebo samostatná buňka

Rozhodnutí o umístění se obvykle zakládá na ploše podlahy, avšak mělo by být založeno na datech. Vložená stanice přebírá takt linky a její manipulaci, což znamená žádnou dodatečnou pracovní sílu pro naskladnění a žádnou frontu; samostatná buňka může pracovat vlastní rychlostí a může kontrolovat díly z několika linek, což je důležité, pokud jsou výrobní objemy nerovnoměrné.

Rozhodující je počet dílů za hodinu, u nichž je nutná rozměrová spolehlivost. Pokud je třeba ověřit každou desku, je inline řešení jedinou ekonomickou možností, protože manipulace je již zahrnuta v nákladech. Pokud postačí vzorek z každé dávky, dodatečná pracovní buňka s lepší upínací technikou a delším časem na každý díl dosáhne nižší nejistoty za nižší náklady.

Praktický hybridní přístup je také běžný: inline stanice měří kritické několik parametrů u každého dílu, zatímco offline buňka kontroluje celý výkres na vzorku. Inline stanice odhaluje posun, offline buňka prokazuje schopnost procesu a ani jedna z nich nemusí být kompromisem.

Často kladené otázky

Je možné zkontrolovat všech 79 otvorů jednou kamerou?

Jen tehdy, pokud je tolerance dostatečně volná na to, aby široké zorné pole stále rozlišilo hranu s přesností zlomku tolerance. V praxi však úzká tolerance a vysoký počet otvorů působí protichůdně, což je důvodem, proč je standardním řešením spojování obrazů z více kamer.

Je osvětlení zezadu vždy lepší pro měření otvorů?

U průměru obvykle ano, protože silueta poskytuje čistý okraj. U hrotů a stavu povrchu ne: silueta skrývá všechno na povrchu, takže pokud je nutné hroty detekovat, je vyžadován druhý režim zobrazení.

Jak často by měl být systém znovu kalibrován?

Měl by být ověřen v definovaných intervalech pomocí referenčního předmětu, přičemž opětovná kalibrace by měla být spuštěna na základě výsledku ověření, nikoli pouze podle kalendáře.

Může stejná stanice kontrolovat i montáž následně?

Ano, pokud je deska umístěna ve stejné upínací klešti a kamera vidí namontované prvky. Kombinace rozměrové kontroly a kontroly montáže v jedné stanici šetří krok manipulace, který je obvykle největší jednotlivou časovou nákladovou položkou.

Závěr

Deska se 79 otvory je měřicí problém zamaskovaný jako kontrolní problém. Počet otvorů určuje architekturu, toleranční pásmo určuje optiku a upínací kleště rozhodují o tom, zda kterýkoli z těchto prvků přežije jeden rok výroby.

Nejprve uveďte nejistotu, poté čas cyklu a nakonec hardware. Systémy sestavené v tomto pořadí jsou přijaty již při prvním pokusu; systémy sestavené v opačném pořadí se měsíce diskutují.