Karkearakenteisen autokorin (Body-in-White) mittausjärjestelmä: Alapikselinen mallinsovitus verkkopohjaiseen reikäasemien mittaamiseen

Yleiskatsaus

Ulottuvuustarkkuus on ratkaisevan tärkeää body-in-white (BIW) -valmistuksessa. Reikien sijainnin, kiinnityspisteiden ja rakenteellisen geometrian poikkeamat voivat vaikuttaa jälkikäsittelyvaiheisiin, kuten ovien asennukseen, sisustuksen asentamiseen ja voiman siirtojärjestelmän integrointiin.

Body-in-white -ulottuvuusmittausjärjestelmä käyttää alapikselista mallisovitusta ja usean kameran mittausmenetelmää keskitettyyn ulottuvuusmittaukseen avainpiirteistä. Julkaistut tekniset tiedot sisältävät kohdeavaruuden kuvaresoluution 0,02–0,05 mm/pikseli, mittaus­tarkkuuden ±0,1 mm, toistettavuuden ±0,02 mm ja tyypillisen laitteiston kiertoaikan 30–60 sekuntia. Järjestelmä on suunniteltu automaattiseen online-tarkastukseen autoteollisuuden rungon hitsauslinjoilla.

Avainsanat: body-in-white -ulottuvuusmittaus, reikien sijainnin tarkastus, geometrinen ulottuvuus- ja toleranssimittaus, alapikselinen mallisovitus, 3D-koordinaattimittaus, online-näköperustainen tarkastus, Big Bird Industrial

1. Miksi mitallinen tarkastus on ratkaisevan tärkeää valkoisen kunnossa olevan autokorin valmistuksessa

Valkoisessa kunnossa olevan autokorin rakenne muodostaa auton kokoonpanon mitallisen perustan. Hitsauskiinnittimien sijoitusvirheet, levypalojen kimmoisuusmuodonmuutokset ja hitsaamisen aikainen lämpödeformaatio voivat kertyä ja vaikuttaa lopulliseen korirakenteen geometriaan.

Kun kriittiset reiät tai kiinnityskohdat poikkeavat nimellisasennostaan, alapuoliset toiminnot saattavat kohdata ongelmia, kuten epätasaiset ovipelit, epätasainen paneelien sijoittuminen, kokoonpanovälimatkat ja lisätyt manuaaliset säädöt tai uudelleentyöstö.

Tästä syystä mitallista tarkastusta suoritetaan yleensä kriittisissä vaiheissa korin hitsaamisprosessia.

Valkoisessa kunnossa oleva korirakenne aiheuttaa kuitenkin useita mittaushaasteita:

• Suuret kokonaismitat: Mittauspisteet voivat jakautua laajalle kolmiulotteiselle rakenteelle.

• Ohut levyteräsrakenne: Paikallinen geometria ja pinnan tila voivat vaihdella.

• Laajalle levinneet mittauspisteet: Useita kameria tai mittausasentoja saattaa vaadita tarvittavien ominaisuuksien kattamiseen.

• Tuotantolinjan rajoitukset: Verkossa suoritettavan tarkastuksen on suoritettava mittaukset ilman, että se aiheuttaa hyväksymätöntä pullonkorkkoa hitsauslinjalla.

Koordinaattimittakoneita (CMM) käytetään laajalti ulottuvuusvarmennukseen, mutta perinteinen verkosta poissa suoritettava tarkastus ei välttämättä tarjoa riittävää läpimenoaikaa tai välitöntä palautetta jokaiseen tuotantolinjan sovellukseen.

Verkossa toimiva näköpohjainen tarkastusjärjestelmä voi mitata useita kriittisiä pisteitä tuotannon aikana ja tarjoaa ulottuvuustietoja prosessin valvontaan ja laatu-analyysiin.

2. Tekninen ratkaisu: Alapikselinen mallisovitus ja usean kameran mittaus

Valmiin autokorin ulottuvuustarkastusjärjestelmä on suunniteltu verkossa suoritettavaksi geometristen ulottuvuuksien ja reikäpaikkojen mittaamiseksi suurille autojen korirakenteille.

Järjestelmä koostuu kuudesta toiminnallisesta alajärjestelmästä:

• Näkökuvausjärjestelmä

• Kaksidimensionaalinen kuvatunnistusjärjestelmä

• Kolmiulotteinen mittausjärjestelmä

• Käyttäjän vuorovaikutusliittymä

• Kalibrointijärjestelmä

• Tilastollinen analyysijärjestelmä

Mittausmenetelmä yhdistää korkearesoluutioisen kuvantamisen, alapikselitason piirteiden paikannuksen, viitetavoitteiden korjauksen ja usean kameran geometrisen laskennan.

2.1 Alapikselitason mallinsovitus

Alapikselitason mallinsovitus arvioi piirteiden sijaintia tarkemmin kuin yhden pikselin tarkkuudella sopivissa kuvantamis- ja kalibrointiolosuhteissa.

Julkistetun tuotetiedon mukaan kohdeavaruuden kuvaresoluutio voi olla noin 0,02–0,05 mm/pikseli. Tämä mahdollistaa tarkemman kuvapiirteiden paikannuksen ilman, että kameroiden lukumäärää välttämättä on lisättävä.

Kuvaresoluutio ja mittaus­tarkkuus ovat eri ominaisuuksia. Todellinen mittaus­suorituskyky riippuu myös optisesta asennuksesta, kalibroinnin laadusta, piirteiden näkyvyydestä, mekaanisesta vakaudesta ja mittausgeometriasta.

2.2 Viitetavoitteiden korjaus

Viitekohteet on asennettu vastakkaiselle puolelle kuin vastaava kamera. Kun kuvia otetaan, järjestelmä tunnistaa näiden kohteiden kuvapaikat ja käyttää mittauksia korjaamaan pieniä muutoksia suhteellisessa sijainnissa tai orientaatiossa.

Tämä menetelmä voi auttaa vähentämään tietyntyyppisten ympäristövaikutusten vaikutusta, mukaan lukien lämpötilan vaihtelun aiheuttamat pienet asennon siirtymät.

Todellinen korjauskyky riippuu viitekohteiden sijoittelusta, järjestelmän kalibroinnista ja mekaanisesta suunnittelusta. Lämpötilan muutoksia ja rakenteellisia muodonmuutoksia on edelleen arvioitava todellisissa tuotanto-olosuhteissa.

2.3 Monikamerainen kolmiulotteisen koordinaatin laskenta

Jokainen kamera havaitsee kuvapiirteitä, jotka vastaavat useita mittauspisteitä työkappaleella. Jokaista kohdepistettä mitataan useilla kameroilla, ja järjestelmä käyttää moninäkökulmaista geometriaa sen kolmiulotteisen koordinaatin laskemiseen.

Monikamerajärjestelmä tuottaa päällekkäisiä mittauksia, joita voidaan käyttää geometristen laskelmien tekemiseen ja ristitarkistukseen.

Tämä on erityisen hyödyllistä suurille rakenteille, joiden mittauspisteet ovat jakautuneet eri alueille eikä niitä voida kaikkia mitata tehokkaasti yhdestä näkökulmasta.

Lopullinen mittauskäyttäytyminen riippuu kamerajärjestelmn sijoittelusta, kalibroinnista, näkyvyydestä ja mittauspisteiden geometriasta.

3. Tekniset tiedot

Seuraavat tekniset tiedot perustuvat julkisesti saatavilla olevaan tuotetietoon.

Mittaushuomautus: Julkisuuteen saatettujen tietojen – mittauksen tarkkuus, toistettavuus ja CMM:n korrelaatio – on esitettävä eri suorituskykyominaisuuksia. Niiden määritelmät, testausedellytykset ja hyväksyntämenetelmät on vahvistettava teknisessä arvioinnissa.

Termien »ei havaittu puutteita« ja »mekaaninen sijoitustarkkuus yli ±2,5 mm« merkitys on myös selvennettävä toimittajan virallisessa teknisessä eritelmässä ennen kuin niitä käytetään sopimusperusteisina hyväksyntäkriteereinä.

4. Tärkeimmät huomioitavat asiat valittaessa BIW:n ulottuvuusmittausjärjestelmää

4.1 Suunnittele kameroiden sijainnit ja kalibrointi työaseman ympärille

Kappaleen raakarakenteen mittauspisteet voivat sijaita laajalla rakenteella. Kameroiden sijainnit tulisi suunnitella vaaditun mittauskattavuuden, saatavilla olevan kiinnitystilan, kiinnityslaitteiston järjestelyn ja tuotantolinjan pääsyn perusteella.

Kalibrointistrategia tulisi määrittää järjestelmän suunnitteluvaiheessa eikä siitä tulisi jättää päätöstä käyttöönoton vaiheeseen.

4.2 Ota huomioon lämpötilan vaihtelu ja värähtely

Hitsausympäristöissä voi esiintyä lämpötilan vaihteluita ja mekaanista värähtelyä. Molemmat voivat vaikuttaa mittauksen vakauden, jos kuvantamisrakenne tai kalibrointijärjestelmä ei ole riittävän kestävä.

Viitekohteen korjaus voi auttaa kompensoimaan tiettyjä pieniä suhteellisia asentojen muutoksia, mutta se ei poista kaikkia ympäristöön liittyviä virheitä. Mekaaninen jäykkyys, kiinnityksen vakaus, kalibrointi ja ympäristön seuranta säilyttävät tärkeän merkityksensä.

Jos mitattavia ulottuvuusmuutoksia seurataan ajan myötä, ympäristöolosuhteiden tallentaminen mittausdatan rinnalla tukee myöhempää analyysiä.

4.3 Erottele kuvankäsittelyn aika ja laitteen kiertoaika

Julkaistu kuvausmittausaika on 10–20 sekuntia, kun taas kokonaislaitteen kiertoaika on 30–60 sekuntia.

Nämä luvut viittaavat eri vaiheisiin. Kokonaislaitteen kiertoaika voi sisältää työkappaleen saapumisen, sijoituksen, kuvan ottamisen, mittauksen käsittelyn ja muut laitteiston toiminnot.

Kun järjestelmä integroidaan olemassa olevaan hitsauslinjaan, tuotantokapasiteetti tulee laskea koko laitteen kiertoaikaa ja todellista linjajärjestystä käyttäen – ei pelkästään kuvankäsittelyaikaa.

4.4 Luodaan jäljitettävät mittausasiakirjat

Mittausdatasta tulee arvokkaampaa, kun sitä voidaan yhdistää yksittäisiin työkappaleisiin, mittauspisteisiin, tuotantoserioihin ja asiaankuuluviin prosessiehtoihin.

Järjestelmän tilastofunktiot voivat tukea mittausarvojen seurantaa, suuntaviivojen valvontaa, vianalyysiä ja raporttien luomista.

Jos tehdas käyttää valmistuksen suoritusta ohjaavaa järjestelmää (MES), laatujohtamisjärjestelmää (QMS) tai muuta tuotantodataa käsittelevää alustaa, vaadittavat rajapinnat ja tiedomuodot on määriteltävä ennen toteutusta.

5. Big Bird Industrialin koneellisen näkemisen tarkastuskyvyt

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), aiemmin Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., tarjoaa kokonaisvaltaisia ratkaisuja tarkkaan teolliseen puhdistukseen ja koneelliseen näkemisen tarkastukseen.

Sen koneellisen näkemisen tuotevalikoimaan kuuluu kuusi tuotesarjaa:

• Orient See: Geometristen mittojen ja sijainnin tarkastus

• Surface See: Pintavikojen tarkastus

• Assembly See: Kokoonpanon vahvistus ja tuotantolinjan lopussa tapahtuva virheentorjunta

• Inner See: Sisäisten reikien ja onteloiden tarkastus

• Knight See: Maalin pinnan virheiden tarkastus

• Mou See: Ohjelmistosalgoritmit ja tarkastusalustat

Orient See -sarja keskittyy suurten työkappaleiden ja rakenteellisten komponenttien geometristen mittojen ja sijaintien mittaamiseen. Sovelluksia ovat esimerkiksi karkearakenteet (body-in-white) ja alarunkorakenteet, joissa verkko-ohjattu mittaus voi auttaa tunnistamaan mitallispoikkeamat ennen kuin ne vaikuttavat seuraavaan kokoonpanovaiheeseen.

Jokaista projektia varten tarkastusjärjestelmä on konfiguroitava todellisen työkappaleen geometrian, mittauspisteiden jakautuman, tavoitetoleranssien, tuotantotaktin ja vaadittujen tietorajapintojen perusteella.

Usein kysytyt kysymykset

K1. Miksi korrelaatio koordinaattimittakoneen (CMM) mittausten kanssa on tärkeää?

Koordinaattimittakoneita käytetään yleisesti viitearvona mittojen tarkistamiseen. Verkossa toimivan tarkastusjärjestelmän tuloksia tulisi verrata sovittuun viitemittausmenetelmään, jotta voidaan määrittää, kuinka johdonmukaisesti sen tulokset vastaavat viitearvoja.

Julkistettu koordinaattimittakoneen korrelaatiomääritelmä on ±0,1 mm. Hyväksyntää ennen projektin tulisi määrittää vertailumenetelmä, näytteen koko, mittauspaikat, ympäristöolosuhteet ja korrelaation arviointiin käytetty laskentamenetelmä.

Määritelty korrelaatiotutkimus auttaa varmistamaan, että tuotantolinjan ja laatuosaston mittaukset voidaan tulkita johdonmukaisesti.

Q2. Vaikuttavatko lämpötilan muutokset merkittävästi karkearakenteen mittaukseen?

Lämpötilan muutokset voivat vaikuttaa työkappaleeseen, kiinnitysrakenteeseen ja optisten komponenttien keskinäisiin sijainteihin.

Järjestelmä käyttää kameroiden vastakkaiselle puolelle asennettuja viitetavoitteita tarkkailemaan tavoitteiden sijaintia ja korvaamaan tietyt pienet asennon muutokset. Tämä voi parantaa vakautta, mutta sitä ei tulisi pitää täydellisenä ratkaisuna kaikkiin lämpötilaan liittyviin virheisiin.

Tuotanto-ohjelmien yhteydessä kalibroinnin vakaus, rakenteellinen jäykkyys ja ympäristöolosuhteet tulisi arvioida yhdessä. Lämpötilan tallentaminen mittausdataan liittyen voi myös auttaa selittämään pitkän aikavälin mittausmuutoksia.

K3. Voivatko useat kamerat häiritä toisiaan mittauksen aikana?

Järjestelmä käyttää monikameramittausjärjestelyä, jossa jokainen kamera havaitsee kuvapiirteitä, jotka liittyvät useisiin mittauspisteisiin. Yksittäisiä pisteitä mitataan useilla kameroilla, ja niiden kolmiulotteiset koordinaatit lasketaan moninäkökulmamenetelmällä.

Kamerat tarjoavat päällekkäisiä havaintoja eivätkä ainoastaan kilpaile toistensa kanssa. Luotettavien tulosten saavuttamiseksi on olennaista, että kamerat sijoitetaan sopivasti, ne kalibroidaan ja niiden näkyvyys on riittävä.

K4. Miksi laitteiston kiertoaika on 30–60 sekuntia, kun kuvamittaukseen kuluu vain 10–20 sekuntia?

Kuvamittauksen kesto tarkoittaa aikaa, joka järjestelmälle kuluu otettujen kuvien käsittelyyn ja mittauslukujen laskemiseen.

Koko laitteiston kiertoaika voi sisältää myös työkappaleen saapumisen, sen asettamisen paikalleen, kuvien ottamisen, laitteiston liikuttamisen ja muut ohjaustoimet.

Tuotantolinjan suunnittelussa koko kiertoaikaa on käytettävä kapasiteetin arviointiin ja mahdollisten pullonkaulojen tunnistamiseen.

K5. Voiko järjestelmä tarkastaa eri karossien valkoisia versioita?

Julkaistu järjestelmä tukee käyttäjän määriteltäviä tarkastusalueita ja esiasennettuja ohjelmia, joissa mallinvaihto onnistuu yhdellä napsautuksella.

Käytännön mallijoustavuuden alue riippuu kamerakattauksesta, mittauspisteiden määritelmistä, kiinnikkeistä, kalibrointivaatimuksista ja työkappaleiden geometristen muotojen eroista. Tarkoitettu malliperhe tulisi tarkistaa projektisuunnittelun aikana.

Yhteenveto

Verkossa suoritettava kehikon valkosuoritusmittaus auttaa autoteollisuuden valmistajia seuraamaan kriittisiä rei'än sijainteja ja geometrisia ominaisuuksia tuotannossa. Yhdistämällä alapikselinen mallisovitus, viitetavoitteen korjaus ja usean kameran avulla laskettu kolmiulotteinen koordinaattilaskenta järjestelmä on suunniteltu tukemaan automatisoitua mittojen mittaamista suurissa kehikoissa.

Julkaistut tekniset tiedot sisältävät mittatarkkuuden ±0,1 mm, toistomittatarkkuuden ±0,02 mm, CMM-korrelaation ±0,1 mm ja laitteiston kiertoaikan 30–60 sekuntia. Lopullinen suorituskyky tulisi vahvistaa kalibroinnin, korrelaatiotutkimusten ja validoinnin avulla edustavissa tuotanto-olosuhteissa.

Big Bird Industrial, aiemmin Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., tarjoaa koneen näköä hyödyntäviä tarkastusratkaisuja automaaliindustrialle, mukaan lukien suurten rakenteellisten komponenttien geometrinen mittaus. Lopullisen järjestelmän konfiguraation tulisi perustua vaadittuihin mittauspisteisiin, toleransseihin, tuotantotahtiin ja laatuun liittyviin tiedovaatimuksiin.