Inspection des défauts de surface de la manivelle : inspection visuelle à couverture complète des paliers principaux et des paliers de bielle avec détection par endoscope

Aperçu

Les vilebrequins sont des composants rotatifs complexes comportant plusieurs paliers, contrepoids, zones de bride, rainures de clavette et trous internes. Un système d’inspection fiable doit donc couvrir non seulement les défauts de surface visibles, mais aussi les zones profondes ou internes qui ne peuvent pas être inspectées efficacement à l’aide de caméras externes conventionnelles.

La solution d’inspection visuelle de vilebrequins de Big Bird Industrial associe plusieurs caméras à balayage de surface, des endoscopes personnalisés, un positionnement robotisé, une vision artificielle basée sur l’apprentissage profond et une traçabilité par code.

Pour l’application mentionnée, le cycle d’inspection publié est de 48 secondes, le tempo réel étant configurable en fonction de la pièce et des exigences d’inspection.

1. Pourquoi l’inspection des vilebrequins est-elle difficile

Le vilebrequin est un composant central de la chaîne cinématique, chargé de transformer le mouvement alternatif du piston en une sortie rotative. Sa géométrie est fortement tridimensionnelle : les paliers principaux et les paliers de bielle sont répartis le long de l’arbre et reliés entre eux par des joues de manivelle et des contrepoids.

Selon la conception du vilebrequin, l’inspection peut couvrir :

• Paliers principaux
• Paliers de bielle
• Paliers longs
• Paliers de bride
• Surfaces des brides
• Rainures de clavette
• Trous centraux
• Trous d’allègement des contrepoids
• Petites faces extrêmes

Bien que de nombreuses zones présentent des surfaces métalliques similaires, les défauts potentiels peuvent varier considérablement. Les cibles d’inspection typiques comprennent :

• Marques d’impact
• Rayures
• Taches
• Des marques d’abrasion
• INCLUSIONS
• Fissures
• Résidus noirs ou zones à peau noire
• Pénurie de matériaux
• Contamination par de l’huile ou de l’eau

Le défi s’accroît du fait qu’un vilebrequin est une pièce tournante nécessitant une inspection sous plusieurs angles. Une station à caméra fixe classique ne permet pas une couverture suffisante de toutes les surfaces requises. Le système d’inspection doit donc intégrer un mouvement coordonné et une acquisition d’images sous plusieurs angles.

Pénétration latérale des trous d’allègement des contrepoids

L’un des éléments d’inspection particulièrement importants est la pénétration latérale des trous d’allègement des contrepoids.

Des trous d’allégement sont usinés afin d’ajuster l’équilibre du vilebrequin et de réduire la masse superflue. Si un trou perce jusqu’à une surface ou une paroi adjacente, cela peut compromettre l’intégrité structurelle locale et créer une zone potentielle de concentration de contraintes.

Comme ce défaut peut être difficile à identifier depuis une vue externe, une inspection depuis l’intérieur du trou à l’aide d’un endoscope personnalisé constitue une méthode de détection plus adaptée.

2. Solution d’inspection : Vision multi-caméra + endoscopes personnalisés

Le système d’inspection du vilebrequin utilise plusieurs méthodes d’imagerie pour couvrir à la fois les surfaces externes et les zones internes difficiles d’accès.

La portée d’inspection publiée comprend :

Intégrité du code QR

Le système vérifie si le code QR du vilebrequin est complet et lisible, ce qui fournit une base pour l’identification du produit et sa traçabilité en aval.

Pénétration latérale des trous d’allègement des contrepoids

Des endoscopes personnalisés sont utilisés pour inspecter la géométrie interne des trous d’allégement et détecter toute pénétration anormale dans des zones adjacentes.

Détection d’objets étrangers dans le trou central

L’état interne du trou central de la manivelle peut être inspecté afin de détecter la présence d’objets étrangers ou de contaminations qui ne seraient pas visibles à l’aide d’une caméra externe.

Inspection des défauts sur la petite face

Les petites faces des paliers longs peuvent être inspectées afin de détecter :

• Marques d’impact
• Rayures
• Taches
• Abrasion
• INCLUSIONS
• Fissures
• Écaillage noir
• Pénurie de matériaux
• Contamination par l’huile et l’eau

Inspection de la bride

La zone de la bride peut également être incluse dans le programme d’inspection visuelle afin d’identifier les défauts de surface spécifiés.

Inspection des paliers et des rainures de clavette

Le système peut inspecter les surfaces de :

• Paliers principaux
• Paliers de bielle
• Paliers longs
• Paliers de bride
• Rainures de clavette

Cette approche multicible permet de configurer le programme d’inspection en fonction de la géométrie réelle de la manivelle et des critères d’acceptation définis par le client.

3. Caméra et configuration matérielle

Le système référencé utilise une combinaison de caméras à balayage de zone haute résolution et de fibroscopes personnalisés.

Système d'imagerie

• caméras à balayage de zone de 5 mégapixels : 2 unités
• caméras à balayage de zone de 20 mégapixels : 12 unités
• Fibroscopes personnalisés : 3 jeux
• Sources lumineuses à grande surface : 1 jeu
• Barres lumineuses : 2 jeux

Les caméras externes fournissent une imagerie haute résolution des surfaces visibles de la manivelle, tandis que les fibroscopes étendent la capacité d’inspection à des zones telles que les alésages centraux et les trous d’évidement.

Vision et commande

Le système intègre :

• Lecture de code QR
• Inspection par Vision Artificielle
• Algorithmes d’apprentissage profond
• Traçabilité des inspections
• Analyse des données d’inspection
• Zones d’inspection définies par l’utilisateur
• Visualisation à distance de l’inspection

Le système de commande utilise deux ordinateurs industriels Advantech (AAEON), conformément à la configuration matérielle publiée.

Positionnement robotisé

Les configurations de robots collaboratifs peuvent inclure des marques telles que :

• Elite Robots
• SIASUN
• Han's Robot
• JAKA

Le robot déplace le système d’imagerie ou coordonne la position d’inspection selon le trajet d’inspection programmé.

4. Spécifications Techniques

Les spécifications suivantes sont fondées sur les informations produit publiques disponibles pour le système d’inspection mentionné.

Le cycle de 48 secondes constitue une valeur d’application publiée, et non une garantie universelle de temps de cycle. Le temps de cycle réel doit être calculé en fonction de la géométrie du vilebrequin, du nombre de points d’inspection, de la configuration des caméras, du parcours du robot et des critères d’inspection requis.

5. Principaux éléments à prendre en compte lors du choix d’un système d’inspection par vision pour vilebrequins

5.1 Définir les éléments d’inspection par emplacement

Les vilebrequins comportent de nombreuses zones d’inspection, et ces zones peuvent présenter des critères de défaut différents.

Avant la conception de l’équipement, la spécification d’inspection doit définir clairement :

• Quelles surfaces doivent être inspectées
• Quels types de défauts doivent être détectés
• Conditions acceptables et inacceptables
• Résolution d’image requise
• La traçabilité est-elle requise

Cela réduit les ajustements répétés de l’algorithme pendant la mise en service.

5.2 Évaluer l’accessibilité des trous profonds

Pour l’inspection d’objets étrangers dans les trous centraux et l’inspection par pénétration latérale des trous d’allègement, la question clé ne porte pas simplement sur la résolution de la caméra.

Le projet doit évaluer :

• Diamètre du trou
• Profondeur de trou
• Géométrie interne
• Accessibilité du endoscope
• Angle de vision requis
• Conditions d'éclairage

Une configuration personnalisée de l’endoscope peut être nécessaire lorsque la zone d’inspection ne peut pas être observée directement par une caméra externe.

5.3 Considérer la lecture de code comme un indicateur de performance distinct

L’inspection des codes QR est directement liée à la traçabilité du produit.

La lecture des codes doit donc être validée indépendamment de la détection des défauts, notamment en ce qui concerne :

• Taux de réussite de la lecture
• Emplacement du code
• État de surface
• Contraste
• Qualité du marquage
• Corrélation entre les données du code et les résultats de l’inspection

5.4 Valider le temps cycle de 48 secondes

Inspecter de nombreuses zones au cours d’un seul cycle exige une acquisition d’images en parallèle et une optimisation des mouvements du robot.

Lors de l’intégration du système, le calcul du temps de cycle doit inclure :

1. Le chargement des pièces usinées
2. Positionnement
3. Mouvement du robot
4. Acquisition d'images
5. Le traitement par algorithme
6. La lecture de codes
7. La sortie du résultat
8. Le déchargement de la pièce

Le temps de cycle publié de 48 secondes doit donc être considéré comme une référence pour une application spécifique, et non comme une valeur fixe applicable à tous les vilebrequins.

6. Vision par ordinateur fondée sur l’apprentissage profond pour plusieurs types de défauts de vilebrequin

L’inspection des vilebrequins implique des catégories de défauts présentant des caractéristiques visuelles très différentes. Une seule méthode conventionnelle de traitement d’image basée sur des règles peut ne pas suffire pour chaque élément d’inspection.

La solution référencée utilise une vision par ordinateur fondée sur l’apprentissage profond, combinée à des zones d’inspection définies en fonction des différentes parties du vilebrequin.

Dans les projets pratiques, un nombre suffisant d’échantillons de défauts est essentiel tant pour l’entraînement que pour la validation.

Cela est particulièrement pertinent pour des défauts tels que :

• INCLUSIONS
• Écaillage noir
• Rayures sur la surface
• Marques d’impact
• Abrasion
• Pénurie de matériaux

La préparation des échantillons est souvent l’une des étapes les plus importantes d’un projet de vision industrielle. Le système nécessite des exemples représentatifs à la fois de produits conformes (OK) et de divers types de défauts (NG) afin d’établir des critères d’inspection fiables.

7. Capacités d’inspection par vision industrielle de Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), anciennement Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., fournit des solutions intégrées couvrant le nettoyage industriel de précision et l’inspection par vision industrielle pour les applications automobiles et de fabrication de précision.

Son activité de vision industrielle est structurée autour de domaines spécialisés d’inspection, notamment :

• Orient See — inspection dimensionnelle et géométrique
• Surface See — inspection des défauts de surface
• Assembly See — inspection d’assemblage et poka-yoke
• Inner See — inspection des trous internes et des parois internes
• Paint See — inspection des défauts de surface peinte
• Algorithm & Software Platform — algorithmes de vision et systèmes logiciels

Pour les applications liées aux vilebrequins, Surface See permet d’inspecter les défauts de surface externe, tandis qu’Inner See peut être utilisé pour les exigences d’inspection portant sur des trous internes et des zones difficiles d’accès.

Cette combinaison permet d’intégrer différentes technologies d’inspection en fonction de la géométrie et des exigences de qualité du composant de la chaîne cinématique.

FAQ

Pourquoi faut-il détecter la pénétration latérale des trous d’allègement ?

Les trous d’allègement servent à ajuster l’équilibre du vilebrequin et à réduire la masse superflue. Si l’usinage provoque la perforation d’un trou dans une paroi ou une surface adjacente, la structure locale peut en être affectée et cette zone risque de devenir un point de concentration de contraintes.

Comme le défaut peut ne pas être visible depuis l’extérieur du trou, une endoscope peut être utilisée pour inspecter la zone interne.

Un seul algorithme de vision peut-il détecter tous les types de défauts de surface sur un vilebrequin ?

Pas nécessairement.

Les défauts de vilebrequin peuvent varier considérablement en forme, en texture, en contraste et en emplacement. Les algorithmes d’apprentissage profond peuvent être configurés pour différentes catégories de défauts et différentes zones d’inspection, mais leur performance fiable dépend fortement d’échantillons représentatifs pour l’entraînement et la validation.

Des défauts tels que les inclusions et les écailles noires peuvent dépendre particulièrement des caractéristiques du matériau et de la surface, ce qui rend la collecte d’échantillons une étape essentielle du projet.

48 secondes suffisent-elles vraiment à couvrir autant de zones d’inspection ?

Le système référencé utilise plusieurs caméras fonctionnant en parallèle, chaque caméra étant affectée à une zone d’inspection spécifique. Le positionnement robotisé peut également déplacer le système d’imagerie vers les emplacements requis pour l’inspection.

Le cycle publié de 48 secondes s’applique à l’application référencée. Le temps de cycle réel doit être calculé en fonction du vilebrequin spécifique, de la couverture d’inspection, du parcours du robot et des exigences de traitement d’image.

Une contamination par de l’huile ou de l’eau peut-elle être confondue avec un défaut de surface ?

Oui.

L’huile et l’eau peuvent créer des reflets, des zones sombres ou d’autres motifs visuels qui peuvent ressembler à certains défauts de surface. Elles sont donc répertoriées comme cibles d’inspection spécifiques dans le système référencé.

Les algorithmes d’analyse d’image peuvent exploiter des caractéristiques telles que la forme et la position pour distinguer différents états. Toutefois, si une quantité excessive d’huile ou d’eau demeure sur la pièce, un soufflage ou un nettoyage en amont peut contribuer à réduire les interférences visuelles avant l’inspection.

Conclusion

L’inspection visuelle de vilebrequins ne consiste pas simplement à installer une caméra haute résolution. La géométrie complexe des vilebrequins exige une combinaison d’imagerie multi-angles, de positionnement robotisé, de fibroscopes personnalisés, d’algorithmes d’apprentissage profond et de fonctions de traçabilité.

Pour les tours extérieurs, les surfaces de bride et les rainures de clavette, la vision multi-caméras assure une couverture étendue de la surface. Pour les alésages centraux et les trous d’allégement des contrepoids, l’inspection par fibroscope étend la vision industrielle vers des zones que les caméras externes conventionnelles ne peuvent pas observer directement.

Pour l’application concernée, le système offre un cycle d’inspection publié de 48 secondes, la configuration finale et le temps de cycle étant déterminés par la géométrie spécifique de la pièce et les exigences d’inspection.