Fem defektklasser, én robotbåret kamera

Oversigt

En stor malet del har en større overflade end en fast kameraopsætning økonomisk kan dække. En støddæmper, en dør, en bagklap eller en fender har hver især flere flader med forskellig krønning, og at dække dem alle fra faste positioner kræver et kamera pr. flade og et lys pr. kamera.

At montere kameraet på en robot ændrer denne beregning. Én sensor og én lyskilde bevæger sig til hver flade efter tur, og robotten leverer dækningen, som ellers ville kræve en række udstyr. Omkostningen betales i bevægelse: Hver synsvinkel bliver en bane, og hver bane skal være præcis nok til, at belysningsgeometrien er den samme ved det tusindste stykke som ved det første.

Denne artikel beskriver, hvad en robotbåret station kan inspicere, hvordan belysningen bevæger sig sammen med kameraet og hvor præcisionskravet faktisk ligger. Big Bird Industrial (tidligere Shimada Big Bird Industrial) har bygget rengørings- og afgratkningssystemer til bilers drivlinjekomponenter siden 2001, og den her inspektionsmetode følger produktionsstationer til malet yderligere dele.

1. Hvorfor montere kameraet på en robot

Argumentet handler om dækning pr. sensor, og det bliver afgørende, når komponenten bliver større.

Mange flader, én sensor

En malet lukkeflade har en topflade, en side, en kantradius, en indvendig flens og ofte en sammensat kurve mellem dem. Hver præsenterer overfladen for kameraet i en anden vinkel, og hver kræver lys i en bestemt vinkel i forhold til den pågældende overflade. En robot kan holde både kamera og lys i en fast relation og præsentere denne relation for hver flade.

Variantudgaver uden nye optikker

En station bygget til én paneltype er en station, der står ubesat, når modellen skiftes. En robotbåret hovedenhed håndterer en ny variant ved at lære en ny bane, hvilket er en programmeringsopgave snarere end en fremstillingsopgave. Den egenskab er grunden til, at denne opstilling forekommer på linjer, hvor der produceres flere panelvarianter i beskedne mængder hver.

2. De fem kategorier

Et malet ydre overflade har fejlkategorier, der adskiller sig i størrelse, kontrast og måden, de reagerer på lys, og én enkelt station forventes at kunne registrere alle fem.

Partikler og svage fordybninger

En partikel er en lokal ujævnhed, der forvrænger det spekulariske highlight, og en svag fordybning er en lokal ændring af hældningen over et større område. Begge typer afsløres af en rettet refleksion: highlightet buer, hvor overfladen buer. Ingen af dem er synlig under diffust lys, hvilket er grunden til, at en station, der kun inspicerer under diffust belysning, overser begge typer.

Punkthuller, ridser og løb

Et pindhul er et mørkt punkt med en skarp kant, en ridset er en linje, der spreder lys, og en løb er en ændring i filmtykkelsen, der ændrer den lokale hældning over en lang, smal region. De tre reagerer på forskellige lysretninger: pindhul på koaksialt lys, ridset på lys fra lav vinkel, løb på skråt lys langs dets længde.

3. Belysning, der bevæger sig

Når kameraet bevæger sig, skal lyset bevæge sig med det, og det ændrer designet af begge.

Fast forhold

Den praktiske løsning er en hovedenhed, der bærer kamera og lys i et fast mekanisk forhold, så indfaldsvinklen på overfladen kun afhænger af banen og ikke af, hvor robotten befinder sig inden for dens arbejdsområde. Det er dét, der gør en programmeret bane reproducerbar: geometrien er en egenskab ved hovedenheden snarere end ved positionen.

Vægt og acceleration

En hovedenhed, der bærer en lyskilde, er tungere end et almindeligt kamera, og robotten skal accelerere den mellem optagelserne uden vibrationer, der uskarper belystningen. Denne begrænsning påvirker hovedenhedens design lige så meget som optikken gør, og det er derfor, robotbårede hovedenheder bruger formede lysledere i stedet for store lampehuse.

4. Hvor kravet til nøjagtighed ligger

Banegentagelighed måles ikke i millimeter af position. Den måles i stabiliteten af belysningsgeometrien på overfladen.

Vinkel er vigtigere end position

En visning, der er et millimeter fra målet, ser stadig den samme overflade, men en visning, hvis lysvinkel afviger med få grader, giver en anden refleksion og dermed et andet billede. Den afgørende krav er den vinkelrette gentagelighed af head’ens position i forhold til overfladen, hvilket på et buet panel varierer langs banen.

Stand-Off og Fokus

Arbejdsafstanden skal holdes tilstrækkeligt konstant, så fokus og forstørrelse forbliver uændrede, fordi en skiftende forstørrelse flytter fejlens størrelsesforhold i forhold til pixelgitteret og påvirker enhver størrelsesgrænse. På et stort panel inkluderer banen derfor en korrektion i normalretningen – ikke kun en positionsjustering.

5. Cyklusbudgettet

En robotbaseret station bruger sin cyklus på bevægelse frem for belystning, hvilket er det modsatte af en fast kamerastation.

Visninger bestemmer tiden

Hver flade kræver mindst én optagelse pr. belysningsmode, og et panel med fem flader og to modes kræver ti eksponeringer plus bevægelsen mellem dem. På en støddæmper eller et sæt lukkepaneler kan en cyklus på femten sekunder eller mindre opnås, men det sker ved at planlægge banen, så efterfølgende optagelser ligger tæt på hinanden i stedet for ved at eksponere hurtigere.

Hvor tiden går tabt

Tiden går tabt ved retningsskift og ved retur til en sikker position. En bane, der besøger fladerne i en rækkefølge med store spring, bruger mere tid på at bevæge sig end på at optage billeder, hvilket er grunden til, at rækkefølgen af optagelser er en optimering snarere end en vilkårlig liste.

6. Når faste kameraer vinder

En robotbaseret station er ikke altid bedre. Hvor dele er små og præsenteres i én orientering, har en fast multikamerastation ingen bevægelsetid og ingen bane, der skal vedligeholdes, og den vil overgå robotten både hvad angår cykeltid og pålidelighed.

Valget følger af antallet af flader og variantantallet. Mange flader og mange varianter favoriserer robotten; én flade og én variant favoriserer faste kameraer. En station, der er bygget til et enkelt højvolumenpanel med én kritisk flade, har ikke brug for en robot, og at tilføje én tilføjer vedligeholdelse uden at forbedre dækningen.

7. Verificering af en robotbåret station

Verificeringen skal teste både stien og optikken, fordi variabiliteten ligger i stien.

Et referencepanel med fejl på kendte positioner præsenteres flere gange, og stationen skal finde dem med samme frekvens hver gang og i samme målte størrelse. En station, der finder en partikel ved første gennemgang, men overser den ved tredje gennemgang, har enten et problem med stien eller med stabiliteten i belysningen, og det kræver en anden løsning end et problem med detektionstærsklen.

8. Planlægning af stien for dækning

Stien er processen på en robotbåret station, og den er designet i stedet for at blive lært gennem prøve-og-fejl.

Gruppering af billeder efter orientering

Flader, der kræver samme lysvinkel, besøges sammen, selvom de ikke ligger ved siden af hinanden, fordi den alternative fremgangsmåde ville være at skifte tilstand mellem hver enkelt visning. Ved en lukning betyder det at gruppere de øverste flader, derefter siderne og endelig kantens afrundinger, hvor tilstanden ændres ved hver gruppegrænse i stedet for ved hver enkelt flade.

Tilkørselsretning

Hver visning kræver en tilgang, der holder sensorkoppen fri af emnet under ind- og ud-kørsel; og ved et buet panel er tilgangsretningen ikke identisk med visningsretningen. En bane, der ignorerer dette, vil føre til kollision ved en variant med en lidt anden radius – hvilket er grunden til, at tilgangsvektorer er en del af programmet i stedet for en egenskab ved robotten.

En sådan bane kører i en konsekvent cyklus uden overraskelser, og den samme struktur gør den nem at lære til næste variant uden at skulle starte fra et tomt program.

Ofte stillede spørgsmål

Kan én sensorhoved dække alle fem klasser?

Det kan det, hvis den har mere end én belysningsfunktion. Én enkelt funktion dækker nogle klasser godt, men ikke andre – derfor skifter en produktionshoved mellem mindst to funktioner.

Hvor ofte skal stien genindlæres?

Efter enhver mekanisk ændring af hovedet, fastgørelsen eller robotten samt efter en kollision. Ellers kontrolleres den med referencepanelet i stedet for at blive genindlært.

Påvirker robotens hastighed detekteringen?

Kun hvis belystningen finder sted, mens robotten bevæger sig. Indekseret positionering før hver belystning eliminerer effekten, men på bekostning af cykeltiden.

Hvad er det primære vedligeholdelsespunkt?

Selve hovedet: lampeudbyttet, renhed af linserne og den mekaniske justering mellem kamera og lys. Alle tre faktorer ændrer sig gradvist, og alle tre påvirker billedet uden at udløse en fejlmeddelelse.

Konklusion

En robot-holdt kamera køber dækningsområde pr. sensor, hvilket gør det økonomisk attraktivt ved store dele med flere flader og flere variationer. Prisen betales i bevægelse, og bevægelsen skal holde belysningsgeometrien, ikke kun positionen.

De fem defektklasser kræver mere end én belysningsmode, og accepttesten skal gentage samme referencepanel flere gange. En station, der består testen én gang, har demonstreret et billede – ikke en proces.