Krumtovs overfladeinspektion: lejer, stifter og cyklusser på 45 sekunder

Oversigt

En krumtapaksel er en række polerede cylindre anbragt på to akser med modvægte mellem dem og olieboringer gennem lejerne. Alle funktionelle overflader er buede, slibet til en fin finish og meget reflekterende, og de overflader, der er mest afgørende, er ofte de, der vender indad mod aksen.

Denne kombination gør den til en af de sværest inspicerede dele optisk. En poleret cylinder sender en smal båndformet spejlrefleksion tilbage, som bevæger sig, når betragtningsvinklen ændres, og en fejl inden for dette bånd er usynlig, fordi overfladen allerede er på maksimal lysstyrke.

Metoden, der virker på denne geometri, er belysning frem for opløsning. En tunnelbelysning omgiver journalen med et diffust bånd, så spekularrefleksionen spredes i stedet for at koncentreres, hvilket gør, at en ridse eller en por optræder som en lokal ændring i et ellers jævnt felt. Big Bird Industrial (tidligere Shimada Big Bird Industrial) har siden 2001 bygget rengørings- og afgrædningssystemer til bilers drivlinjekomponenter, og inspektionsdataene her stammer fra produktionsstationer for krumtovsaksler, der kører med cyklustider på fyveogfyrre sekunder eller mindre.

1. Hvorfor en krumtovsaksel er svær at belyse

Udfordringen er geometrisk og opstår på tre forskellige skalaer på samme komponent.

Det spekulære bånd

En poleret cylinder reflekterer en lyskilde ind i et smalt vinkelområde. Fra en fast kameraposition er kun en stribe af journalen korrekt belyst, mens resten enten er for mørk eller overeksponeret. Ved at rotere deleobjektet flyttes båndet, hvilket er grunden til, at inspektion af en journal normalt kræver enten rotation eller en lyskilde, der omgiver hele omkredsen.

Konkave og skjulte områder

Den indre overflade af en koblingsstangsjournal vender mod delens akse, og filletterne mellem en journal og en modvægt er konkave. Begge præsenterer en overflade, der delvist er skjult fra alle eksterne positioner, og begge ligger netop dér, hvor slibeskader typisk koncentrerer sig.

2. Tunnelbelysning

En tunnelbelysning er en buet diffus lyskilde anbragt omkring deleobjektet, så lyset ankommer fra et sammenhængende vinkelområde i stedet for fra én retning.

Udspredelse af refleksionen

Med lys, der kommer fra alle vinkler rundt om omkredsen, reflekterer hvert punkt på journalen noget af det mod kameraet, og det resulterende billede er et jævnt felt i stedet for en lys bånd. En fejl vises så som en lokal afvigelse: en ridse spredes lys anderledes, en por absorberer det, og en fordybning ændrer den lokale hældning.

Hvor det ophører med at virke

Et tunnellys kan ikke belyste en overflade, der er geometrisk skjult. En afrundning under en modvægt eller en journalsektion inden for en konkav region kræver enten en anden synsvinkel eller et andet lys. På en krumtapaksel betyder det, at inspektionen er en sekvens af synsvinkler i stedet for ét enkelt billede, og det er denne sekvens, der bruger cyklustiden.

3. Hvad der inspiceres, hvor

Fejlklasserne og acceptkriterierne varierer efter område, og stationen skal behandle dem separat.

Journals og pinner

Hoved- og krydcrakaksjournaler bærer lejeoverfladerne. De fejl, der er afgørende, er ridser, skrabemærker, slibebrande, porer og inklusioner, og kriteriet udtrykkes normalt som en maksimal fejlstørrelse snarere end som en tælling. Smøreboringerne gennem journalen introducerer en kant, som ikke må forveksles med en fejl – dette er et af klassificeringsproblemerne ved denne komponent.

Modvægte og balancehuller

Modvægte er ikke lejeoverflader, men de er synlige, og deres kanter bærer håndteringsbeskadigelser. Balancehullerne, der er boret gennem dem, inspiceres for gennembrud på sidevæggen – dette er et geometrisk spørgsmål frem for et udseendemæssigt og kræver en vinkelret synsvinkel, der kan se ind i hullet skråt.

4. Håndtering og rotation

En krumtapaksel er lang i forhold til sin diameter og støttes normalt ved enderne og roteres mellem centrum. Denne opstilling giver adgang til hele omkredsen af hver journal i én enkelt rotation og holder delens egen akse som reference for inspektion.

Rotationshastighed og billeddusning

At rotere delekrav enten en kort belægningsperiode pr. billede eller en linjescanningsopsætning. En kort belægningsperiode kræver mere lys, hvilket står i modsætning til den diffus tilgang, der gør inspektionen mulig. Den praktiske løsning er at indeksere rotationen og udsætte for belægning, mens dele er stationære, for de områder, hvor opløsning er afgørende, og at scannen kontinuert for de mindre kritiske overflader.

Hvorfor delaksen er afgørende

At understøtte på centrene betyder, at målerammen er delens egen akse, hvilket også er, hvordan tegningen er dimensioneret. Dette eliminerer datumbegrebsrekonstruktionsproblemet, som inspektion uden fastspænding af en trykket del indebærer, og det er derfor, at krumtovsinspektion bygger på mekanik frem for software.

5. Budgettet på fyrre-fem sekunder

En produktionsstation for krumtovl løber på fyveogfyrre sekunder eller mindre, med en udlassningsrate på omkring én del pr. tusind og en falsk-positiv-rate på fem til syv procent. Disse to tal ændrer sig i takt: Ved at stramme udlassningsraten stiger antallet af falske positive ved en sådan variabel overflade.

Cyklussen domineres af antallet af billeder frem for det scannede område. En aksel med fire hovedlager, fire pinner og et sæt balancehuller kræver ét billede pr. funktionsområde, og hvert billede skal placeres, udsættes for belystning og behandles. Hvor cyklussen skal være kortere, er svaret normalt flere kameraer, der arbejder parallelt, frem for en hurtigere processor.

6. Verifikation

Verifikation af en krumtovl bruger dele med kendte fejl af kendt størrelse, præsenteret i forskellige rotationspositioner, således at en fejl, der kun er synlig fra én vinkel, registreres både af testen og i produktionen.

Den anden halvdel af verifikationen er falsk-positiv-raten, målt på overensstemmende dele fra normal produktion i stedet for på defekte paneler. En station, der finder hver eneste referencefejl og markerer én del ud af fem, er ikke brugbar på en produktionslinje, og dette resultat er usynligt, hvis testsættet kun indeholder defekte dele.

7. Opløsning er ikke den afgørende faktor

En almindelig intuition ved svære dele er at købe flere pixel. Ved et krumtakst er denne intuition normalt forkert, fordi begrænsningen ligger i kontrasten snarere end i samplingen.

Hvad tallene fortæller

En akse med en diameter på 60 mm fotograferet over et synsfelt på 200 mm med en sensor med få tusinde pixel opløser cirka en tiendedel millimeter pr. pixel. En ridset på 0,2 mm bredde dækker derfor to pixel, hvilket gør den påviselig, hvis kontrasten er til stede, og usynlig, hvis den ikke er det. At fordoble opløsningen giver fire pixel på samme ridset og skaber ikke den kontrast, som belysningen ikke formåede at levere.

Hvor ekstra opløsning faktisk hjælper

Opløsningen betaler sig ved de små detaljer ved inspektionsområdets kanter: oliehullernes udbrydning, afrundingsradiusserne og sidevæggene i balancehullerne. Det er netop disse områder, hvor en fejl måles i stedet for vurderes, og hvor kameraet alligevel ser på et lille område.

Den praktiske opdeling består i at bruge diffus belysning med omslutning samt moderat opløsning til journalerne og en mere indsnæveret synsvinkel med højere opløsning til kanterne. Denne kombination koster mindre end et system med ensartet høj opløsning og yder bedre præstation på komponenten.

Ofte stillede spørgsmål

Hvorfor bruge ikke en standard arealbelysning?

Fordi en poleret cylinder under én lyskilde danner en lys stribe og mørke områder, og en fejl inden for striben ikke kan ses. En omsluttende diffus lyskilde fjerner striben, men til prisen af reduceret kontrast – derfor afhænger detektionen herefter af algoritmen.

Kan en krumtovsakse inspiceres uden at blive roteret?

Kun overfladerne, der vender mod kameraerne. At dække hele omkredsen af hver journal uden rotation ville kræve en ring af kameraer pr. journal, hvilket normalt er dyrere end at rotere dele.

Hvilken falsk-positiv-rate er acceptabel?

Fem til syv procent er typisk i produktionen på denne overflade. En lavere rate er mulig med en mere snæver defektdefinition, men reduktionen skyldes normalt ofte en mildere fortolkning af, hvad der betragtes som en defekt, frem for bedre billeddannelse.

Hvordan håndteres oliehulskanter?

Som en separat klasse med egen visning. At behandle en oliehulskant som en del af journalbilledet giver vedvarende falske positiver, fordi kanten er en legitim funktion, der ligner en defekt.

Konklusion

En krumtaktsaksel inspiceres ved at styre lyset på en buet, poleret overflade, ikke ved at tilføje pixels. Omsluttende diffus belysning gør journalen til et jævnt felt, hvor en defekt fremstår som en lokal ændring, og rotation sikrer dækningen, som ét kamera ikke kan levere.

Cyklus på femogfyrre sekunder er en tælling af visninger snarere end en måling af hastighed. En specifikation, der angiver fejlklasser pr. område, manglende registreringsrate og falsk-positiv-rate, beskriver en station, der kan verificeres; en specifikation, der kun angiver opløsning, gør det ikke.