Έλεγχος πλάκας βαλβίδας: 79 διαπεραστικές οπές και το πρόβλημα της ζώνης ανοχής

Επισκόπηση

Μία πλάκα βαλβίδας είναι ένα επίπεδο εξάρτημα με μεγάλο αριθμό οπών, όλες των οποίων πρέπει να βρίσκονται στη σωστή θέση. Το εξάρτημα είναι μικρό, ο αριθμός των οπών είναι υψηλός και το εύρος της ανοχής είναι τόσο στενό, ώστε μία μόνο μετατοπισμένη διάτρηση καθιστά ολόκληρη την πλάκα ακατάλληλη. Η επιθεώρησή της με το χέρι είναι αργή, ενώ η επιθεώρησή της με δειγματοληψία είναι άχρηστη: το ελάττωμα εντοπίζεται στη διάτρηση, συνεπώς κάθε πλάκα είναι είτε καλή είτε όχι.

Η Big Bird Industrial (πρώην Shimada Big Bird Industrial) παρέχει συστήματα διαστασιακής και ελεγκτικής επιθεώρησης εξαρτημάτων αυτοκινήτων από το 2001. Αυτό το άρθρο περιγράφει πώς επιθεωρείται μία πλάκα με 79 οπές σε μία μόνο διέλευση, γιατί το εύρος της ανοχής — και όχι ο αριθμός των οπών — καθορίζει το οπτικό σχεδιασμό, και πώς διατυπώνονται κριτήρια αποδοχής που επιβιώνουν σε μία επιθεώρηση.

1. Γιατί ο αριθμός των οπών καθορίζει την αρχιτεκτονική

Μία πλάκα με τρεις οπές μπορεί να εξεταστεί με μία μόνο κάμερα και ένα σταθερό πρόσθετο. Μία πλάκα με εβδομήντα εννέα οπές δεν μπορεί, για ένα απλό λόγο: το πεδίο οράσεως που απαιτείται για να φανεί ολόκληρη η πλάκα στην ανάλυση που χρειάζεται για τη μέτρηση της θέσης μίας οπής είναι μεγαλύτερο από ό,τι μπορεί να παρέχει οποιαδήποτε μεμονωμένη κάμερα σε εκείνη την ανάλυση.

Η πρακτική λύση είναι μία σταθμός με πολλαπλές κάμερες που λαμβάνει εικόνες της πλάκας σε επικαλυπτόμενα τετράγωνα και συνδέει τις μετρήσεις σε ένα ενιαίο σύστημα συντεταγμένων. Η εναλλακτική λύση, δηλαδή μία μόνη κάμερα επάνω σε κινούμενη βάση, επιτυγχάνει υψηλότερη ανάλυση αλλά με κόστος αυξημένου χρόνου κύκλου, ενώ ο χρόνος κύκλου είναι ο δεύτερος περιορισμός.

Όταν η αρχιτεκτονική είναι πολυκάμερα, το πρόβλημα της βαθμονόμησης γίνεται η κύρια μηχανική απαίτηση. Κάθε κάμερα έχει τη δική της παραμόρφωση, τη δική της θέση (pose) σε σχέση με την πλάκα και τη δική της αβεβαιότητα μέτρησης. Το σύστημα είναι τόσο καλό όσο καλή είναι η σύνδεση (stitching), και η σύνδεση είναι τόσο καλή όσο καλό είναι το αντικείμενο βαθμονόμησης (calibration artefact).

2. Τι πρέπει να μετρηθεί σε κάθε οπή

Τρεις ποσότητες έχουν σημασία για κάθε οπή, και έχουν διαφορετικές ανοχές.

Θέση

Το κέντρο της οπής σε σχέση με τα χαρακτηριστικά αναφοράς της πλάκας. Αυτή είναι η ανοχή που καθορίζει εάν η πλάκα σφραγίζει και εάν το αντίστοιχο εξάρτημα προσδένεται με βίδες.

Διάμετρος

Μετράται ως ισοδύναμος κύκλος ή ως ελάχιστος εγγεγραμμένος κύκλος, ανάλογα με το σχέδιο. Η επιλογή έχει σημασία σε μια προκοπτόμενη ή διατρυπημένη οπή με ελαφρύ κωνικό σχήμα: οι δύο ορισμοί μπορούν να διαφέρουν κατά περισσότερο από την ανοχή.

Τύπος

Στρογγυλότητα και παρουσία ακμών. Μια οπή που περνάει την ανοχή θέσης και διαμέτρου, αλλά έχει ακμή στην πλευρά εξόδου, δεν θα σφραγίσει, και η ακμή είναι ακριβώς αυτό που μια δισδιάστατη άποψη από πάνω δεν μπορεί να δει.

3. Η Ζώνη Ανοχής Καθορίζει Την Οπτική Εντύπωση

Ο κανόνας είναι απλός και συχνά αγνοείται: η αβεβαιότητα της μέτρησης πρέπει να είναι κλάσμα της ανοχής, όχι κλάσμα του εξαρτήματος. Αν η ανοχή θέσης είναι ±0,05 χιλιοστά, ένα σύστημα με αβεβαιότητα 0,03 χιλιοστά δεν είναι ικανό, επειδή θα απορρίπτει καλά εξαρτήματα και θα εγκρίνει κακά με ίση πιθανότητα.

Δύο από αυτές τις απαιτήσεις είναι οπτικές και μία μηχανική. Μια πλάκα που δεν συγκρατείται επίπεδη και επαναλαμβανόμενα θα μετακινηθεί μεταξύ της βαθμονόμησης και της μέτρησης, και καμία προσαρμογή ακμών με υπο-πίξελ ακρίβεια δεν θα ανακτήσει τη χαμένη ακρίβεια.

4. Χρόνος κύκλου: Πού πηγαίνουν τα δευτερόλεπτα

Μια επιθεώρηση 79 τρυπών δεν διαρκεί πολύ ανά τρύπα. Διαρκεί όμως πολύ ανά πλάκα, και ο χρόνος κυριαρχείται από τρεις παράγοντες: την απόκτηση εικόνας, την επεξεργασία εικόνας και τη χειριστική διαδικασία. Η απόκτηση είναι περιορισμένη από το χρόνο έκθεσης και από τον αριθμό των πλακιδίων· η επεξεργασία κλιμακώνεται με τον αριθμό των τρυπών και με την πολυπλοκότητα της προσαρμογής· η χειριστική διαδικασία περιλαμβάνει ό,τι κοστίζει να φορτωθεί, να εντοπιστεί και να αποφορτωθεί η πλάκα.

Η χρήσιμη μηχανική κίνηση είναι να τα επικαλύψουμε. Η απόκτηση του πλακιδίου δύο μπορεί να πραγματοποιηθεί ενώ το πλακίδιο ένα επεξεργάζεται, και η πλάκα μπορεί να εντοπιστεί ενώ εξακολουθεί να κινείται προς τη θέση της. Ένα σύστημα που σχεδιάζεται ως αυστηρή ακολουθία θα είναι αρκετές φορές πιο αργό από ένα σύστημα που σχεδιάζεται ως σωλήνας, με το ίδιο κόστος υλικού.

5. Κριτήρια Αποδοχής Για Πλάκα Με Πολλαπλές Τρύπες

Ένα δοκιμαστικό κριτήριο αποδοχής διαστασιακής επιθεώρησης δεν είναι μια επίδειξη. Είναι μια μέτρηση του συστήματος έναντι ενός γνωστού αντικειμένου, επαναλαμβανόμενη επαρκώς συχνά για να δηλωθεί μια αβεβαιότητα.

7. Πού αποτυγχάνουν αυτά τα συστήματα στην πράξη

Οι αποτυχίες σπάνια οφείλονται σε οπτικά προβλήματα. Ένα πρότυπο στερέωσης που φθείρεται θα μετακινήσει την πλάκα κατά περισσότερο από την ανοχή εντός ενός έτους. Ένα αντικείμενο βαθμονόμησης που μετράται μία φορά και στη συνέχεια αποθηκεύεται θα παρεκκλίνει λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας. Μία μονάδα φωτισμού που γηράσκει θα μετατοπίσει το κατώφλι ακμής και θα αλλάξει τη μετρούμενη διάμετρο κατά μερικά μικρόμετρα, το οποίο είναι επαρκές σε περίπτωση στενής ανοχής.

Η προστασία είναι ένα πρόγραμμα συντήρησης που αντιμετωπίζει τη βαθμονόμηση, την κατάσταση του προτύπου στερέωσης και το φωτισμό ως καταναλωτά αγαθά, και όχι ως εργασίες εγκατάστασης. Ένα σύστημα που επαληθεύεται μηνιαίως με ένα αντικείμενο βαθμονόμησης θα παρεκκλίνει αργά και ορατά· ένα σύστημα που επαληθεύεται μία φορά θα αποτύχει αθόρυβα.

8. Όταν η πλάκα αποτελεί μέρος μιας στοίβας

Μια πλάκα βαλβίδας σπάνια λειτουργεί μόνη της. Βρίσκεται ανάμεσα σε μια επιφάνεια στεγανοποίησης, ένα σώμα και μια κάλυψη, και οι οπές που έχουν σημασία είναι εκείνες που πρέπει να ευθυγραμμιστούν σε όλη τη στοίβα. Αυτό αλλάζει το ερώτημα της επιθεώρησης από «είναι αυτή η οπή εντός των ορίων ανοχής;» σε «θα ευθυγραμμιστεί αυτή η οπή με το εξάρτημα που βρίσκεται πάνω της;», και αυτά δεν είναι το ίδιο ερώτημα.

Η πρακτική συνέπεια είναι ότι το σημείο αναφοράς (datum) για μια στοιβαγμένη συναρμολόγηση πρέπει να είναι κοινό. Εάν η πλάκα μετράται ως προς τρεις οπές εντοπισμού, αλλά η συναρμολόγηση κατασκευάζεται με βάση την εξωτερική άκρη, τα δύο συστήματα συντεταγμένων αποκλίνουν κατά τη διάρκεια μιας παραγωγικής σειράς, και η πλάκα μπορεί να είναι τέλεια εντός ανοχής ενώ η στοίβα είναι εκτοπισμένη.

Η σκέψη με βάση τη στοίβα αλλάζει επίσης το τι θεωρείται ελάττωμα. Μια ακμή (burr) στην πλευρά εξόδου μιας οπής που βλέπει προς μια επιφάνεια στεγανοποίησης θα συμπιέσει την επιφάνεια και θα δημιουργήσει διαδρομή διαρροής, ενώ η ίδια ακμή που βλέπει προς μια ανοιχτή κοιλότητα είναι αβλαβής. Δύο πανομοιότυπες πλάκες μπορούν επομένως να έχουν διαφορετική αποδοχή ανάλογα με τον προσανατολισμό τους, και ο σταθμός πρέπει να γνωρίζει ποια επιφάνεια είναι ποια.

Τέλος, η στοίβαση επιβάλλει απαίτηση επίπεδου που συχνά παραλείπεται κατά την αυτόνομη επιθεώρηση μιας πλάκας. Μια πλάκα που βρίσκεται εντός των ορίων ανοχής για κάθε τρύπα ξεχωριστά, αλλά είναι κυρτή κατά ένα δέκατο χιλιοστό, δεν θα σφραγίσει, και η προκύπτουσα διαρροή αποδίδεται στον ελαστικό δακτύλιο σφράγισης αντί στην πλάκα. Η μέτρηση της επιπεδότητας στον ίδιο σταθμό, με την πλάκα στην ελεύθερη κατάστασή της, κλείνει αυτό το κενό με το κόστος ενός επιπλέον αισθητήρα.

8. Ενσωματωμένος σταθμός ή αυτόνομος σταθμός

Η απόφαση για την τοποθέτηση λαμβάνεται συνήθως με βάση το διαθέσιμο χώρο στο εργοστάσιο, αλλά θα έπρεπε να λαμβάνεται με βάση τα δεδομένα. Ένας ενσωματωμένος σταθμός κληρονομεί τον ρυθμό (takt) της γραμμής και τον τρόπο χειρισμού της, πράγμα που σημαίνει ότι δεν απαιτείται επιπλέον εργατικό δυναμικό για φόρτωση και δεν δημιουργείται ουρά· ένας αυτόνομος σταθμός μπορεί να λειτουργεί με τη δική του ταχύτητα και να επιθεωρεί εξαρτήματα από πολλές γραμμές, γεγονός που έχει σημασία όταν οι όγκοι παραγωγής είναι ανομοιόμορφοι.

Ο αποφασιστικός παράγοντας είναι ο αριθμός των εξαρτημάτων ανά ώρα για τους οποίους απαιτείται διαστασιακή εμπιστοσύνη. Εάν πρέπει να επαληθευθεί κάθε πλάκα, η εν σειρά λύση είναι η μόνη οικονομικά βιώσιμη, διότι το χειρισμός έχει ήδη καλυφθεί. Εάν αρκεί ένα δείγμα ανά παρτίδα, μια αυτόνομη σταθμός με καλύτερο στερέωμα και περισσότερο χρόνο ανά εξάρτημα θα παράσχει χαμηλότερη αβεβαιότητα με λιγότερο κόστος.

Μια πρακτική υβριδική προσέγγιση είναι επίσης συνηθισμένη: μια εν σειρά σταθμός που μετρά τα κρίσιμα λίγα χαρακτηριστικά σε κάθε εξάρτημα και μια εκτός σειράς σταθμός που ελέγχει ολόκληρο το σχέδιο σε ένα δείγμα. Η εν σειρά σταθμός εντοπίζει παρεκκλίσεις, η εκτός σειράς σταθμός επιβεβαιώνει την ικανότητα, και καμία από τις δύο δεν χρειάζεται να αποτελεί συμβιβασμό.

Συχνές Ερωτήσεις

Μπορεί μία κάμερα να εξετάσει και τις 79 οπές;

Μόνο εάν η ανοχή είναι αρκετά χαλαρή ώστε ένα ευρύ πεδίο οράσεως να διακρίνει ακόμα το όριο με ακρίβεια κλάσματος της ανοχής. Στην πράξη, η στενή ανοχή και ο υψηλός αριθμός οπών τείνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις, γι’ αυτό και η συρραφή εικόνων από πολλαπλές κάμερες είναι η τυποποιημένη προσέγγιση.

Είναι η φωτισμένη πίσω πλευρά πάντα καλύτερη για τη μέτρηση οπών;

Για τη διάμετρο, συνήθως ναι, επειδή το σιλουέτο παρέχει μια καθαρή ακμή. Για τις ακμές και την κατάσταση της επιφάνειας, όχι: το σιλουέτο κρύβει όλα τα στοιχεία στην επιφάνεια, οπότε απαιτείται ένα δεύτερο καθεστώς απεικόνισης εάν πρέπει να ανιχνευθούν οι ακμές.

Πόσο συχνά πρέπει να επαναβαθμίζεται το σύστημα;

Πρέπει να επαληθεύεται σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα με ένα αντικείμενο αναφοράς, ενώ η επαναβαθμίδωση πρέπει να ενεργοποιείται βάσει του αποτελέσματος της επαλήθευσης και όχι αποκλειστικά με βάση το ημερολόγιο.

Μπορεί η ίδια σταθμός να ελέγχει τη συναρμολόγηση αργότερα;

Ναι, εάν η πλάκα παρουσιάζεται στο ίδιο στερέωμα και η κάμερα μπορεί να δει τα συναρμολογημένα στοιχεία. Η συνδυασμένη εξέταση διαστάσεων και συναρμολόγησης σε μία μόνο σταθμό εξοικονομεί ένα βήμα χειρισμού, το οποίο συνήθως αποτελεί το μεγαλύτερο μεμονωμένο κόστος χρόνου.

Συμπέρασμα

Μια πλάκα με 79 οπές είναι ένα πρόβλημα μέτρησης που προσποιείται ότι είναι πρόβλημα επιθεώρησης. Ο αριθμός των οπών καθορίζει την αρχιτεκτονική, το εύρος της ανοχής καθορίζει τα οπτικά συστήματα και το στερέωμα καθορίζει εάν οποιοδήποτε από αυτά θα επιβιώσει για ένα έτος παραγωγής.

Καθορίστε πρώτα την αβεβαιότητα, στη συνέχεια τον χρόνο κύκλου και τέλος τον εξοπλισμό. Τα συστήματα που κατασκευάζονται με αυτήν τη σειρά γίνονται αποδεκτά με την πρώτη προσπάθεια· τα συστήματα που κατασκευάζονται με την αντίθετη σειρά συζητούνται επί μήνες.