Forgattyúshajtás felületi ellenőrzése: csapágyfelületek, tengelyek és 45 másodperces ciklusok

Áttekintés

A forgattyútengely egy olyan, két tengelyen elrendezett, csiszolt hengerekből álló sorozat, amelyek között ellensúlyok találhatók, és a csapágyfelületeken olajfuratok vannak. Minden működő felület ívelt, finoman megcsiszolt és erősen tükröző, és a legfontosabb felületek gyakran azok, amelyek befelé, a tengely irányába néznek.

Ez a kombináció teszi egyik legnehezebb optikai ellenőrzés alá vonható alkatrésszé. Egy csiszolt henger keskeny, tükörszerű visszaverő sávot ad vissza, amely a megfigyelési szög változásával mozog, és egy ilyen sávon belüli hiba láthatatlan, mert a felület már maximális fényességnél van.

A módszer, amely ezen a geometrián működik, a megvilágítás, nem a felbontás. Egy alagút-fény egy diffúz sávba burkolja a csapágyfelületet, így a tükörszerű visszaverődés szétszóródik, nem koncentrálódik, és ezáltal egy karcolás vagy pórus helyi változásként jelenik meg egy egyébként egyenletes mezőben. A Big Bird Industrial (korábban Shimada Big Bird Industrial) 2001 óta gyárt tisztító és lekerekítő rendszereket az autóipari hajtáslánc-alkatrészekhez, és az itt bemutatott ellenőrzési adatok a gyártási folyamatban használt, negyvenöt másodpercnél rövidebb ciklusidővel működő forgattyús tengely-ellenőrző állomásokból származnak.

1. Miért nehéz megvilágítani egy forgattyús tengelyt

A nehézség geometriai jellegű, és ugyanazon a alkatrészen három különböző méretarányban is megjelenik.

A tükörszerű sáv

Egy csiszolt henger egy keskeny szögtartományba tükrözi a fényforrást. Bármely rögzített kamerapozícióból csak egy sávja a tengelyfelületnek kap megfelelő megvilágítást, a többi rész túl sötét vagy túlexponált. A darab forgatása elmozdítja ezt a sávot, ezért a tengelyfelületek ellenőrzése általában forgatást vagy a teljes kerületet körülvevő fényforrást igényel.

Kонkáv és elrejtett területek

Egy kapcsolórúd-tengely belső felülete a darab tengelyére néz, és a tengely és az ellensúly közötti lekerekítések konkávak. Mindkét felület részben rejtett minden külső pozícióból, és éppen ott gyűlnek össze a csiszolási károk.

2. Alagút-megvilágítás

Az alagút-megvilágítás egy íves, diffúz fényforrás, amelyet úgy helyeznek el a darab körül, hogy a fény folyamatos szögtartományból érkezzen, nem pedig egyetlen irányból.

A visszaverődés szétterítése

Mivel a fény minden irányból érkezik a kerület mentén, minden pont a fórumon visszaverődik részben a kamerába, és az eredményül kapott kép egyenletes mező, nem pedig egy világos sáv. Egy hiba ekkor helyi eltérésként jelenik meg: egy karcolás másképp szórja a fényt, egy pórus elnyeli, egy mélyedés megváltoztatja a helyi lejtést.

Hol szűnik meg a működése

Egy alagút-fényforrás nem tud megvilágítani egy olyan felületet, amely geometriailag rejtett. Egy ellensúly alatti lekerekítés vagy egy konkáv régióban elhelyezkedő fórumszakasz esetén más nézetre vagy más megvilágításra van szükség. Egy hajtókar esetében ez azt jelenti, hogy a vizsgálat több nézet egymásutánja, nem egyetlen kép, és éppen ez a sorozat fogyasztja a ciklust.

3. Mit hol vizsgálnak

A hibatípusok és az elfogadási kritériumok régió szerint változnak, és az állomásnak külön kell kezelnie őket.

Fórumok és tűk

A fő- és a hajtórúd-tengelyek a csapágyfelületeket hordozzák. A lényeges hibák a karcolások, horpadások, csiszolási égési nyomok, pórusok és idegen anyag-bekeveredések; a minősítési kritérium általában a maximális hibaméretet adja meg, nem pedig a hibák számát. A tengelyeken keresztül fúrt olajfuratok élt alkotnak, amelyet nem szabad hibával összekeverni – ez egyik osztályozási probléma ezen alkatrész esetében.

Ellensúlyok és kiegyensúlyozó furatok

Az ellensúlyok nem csapágyfelületek, de láthatók, és éleiken kezelésből eredő sérülések fordulhatnak elő. Az ellensúlyokon keresztül fúrt kiegyensúlyozó furatokat a oldalfal átütésére vizsgálják, ami geometriai kérdés, nem megjelenési – ehhez olyan nézet szükséges, amely ferde szögből belenéz a furatba.

4. Kezelés és forgatás

A hajtókar relatíve hosszú az átmérőjéhez képest, és általában a végénél támaszkodik, központok között forgatva. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy egyetlen forgatással az egész csapágyfelület körültekintő ellenőrzésére kerüljön sor, és a rész saját tengelye marad az ellenőrzési referencia.

Forgási sebesség és kép elmosódás

A rész forgatásához vagy rövid expozíciós idő szükséges képenként, vagy vonalfelbontásos elrendezés. A rövid expozíció több fényt igényel, ami ellentmond a diffúz megközelítésnek, amely lehetővé teszi az ellenőrzést. A gyakorlati megoldás az, hogy indexeljük a forgást, és álló helyzetben exponálunk a felületeken, ahol a felbontás számít, valamint folyamatosan szkennelünk a kevésbé kritikus felületeken.

Miért fontos a rész tengelye

A középpontokra támaszkodó rögzítés azt jelenti, hogy a mérési koordinátarendszer megegyezik a rész saját tengelyével, amely ugyanúgy van méretezve, mint a rajz. Ez eltávolítja a referenciapont-újrafelépítés problémáját, amellyel a rögzítőelem nélküli nyomott alkatrész-ellenőrzés szembesül, és ez az oka annak, hogy a hajtókar-ellenőrzés a mechanikára, nem a szoftverre épít.

5. A negyvenöt másodperces költségvetés

Egy gyártási forgattyúshajtás-állomás 45 másodpercen belül működik, a kihagyási arány kb. egy rész ezerből, a hamis pozitív arány pedig körülbelül 5–7 százalék. Ez a két érték összefügg: a kihagyási arány szigorítása növeli a hamis pozitívokat egy ilyen változékonyságú felületen.

A ciklus időtartamát elsősorban a nézetek száma határozza meg, nem a beolvasott terület nagysága. Egy négy főtengely-csapszeges, négy hajtókar-csapszeges és egyensúlyozó lyukakat tartalmazó tengely esetén minden funkcionális régióhoz egy-egy nézet szükséges, és minden nézetet pozicionálni, megvilágítani és feldolgozni kell. Amikor a ciklus rövidebbnek kell lennie, az általános megoldás általában több, párhuzamosan működő kamera alkalmazása, nem pedig egy gyorsabb processzor.

6. Ellenőrzés

A forgattyúshajtás ellenőrzése során ismert méretű, ismert hibákkal ellátott alkatrészeket használnak, amelyeket különböző elforgatási helyzetekben mutatnak be, így olyan hiba is észlelhető lesz a teszt során – és a gyártásban is –, amely csak egyetlen szögből látható.

A másik ellenőrzési feladat a hamis pozitív érték aránya, amelyet nem hibás minták, hanem a normál gyártásból származó megfelelő alkatrészek alapján mérnek, nem pedig a hibás mintapanelokon. Egy olyan állomás, amely minden referenciahibát megtalál, de öt alkatrész közül egyet is jelöl, nem használható egy gyártósoron, és ezt az eredményt nem lehet észrevenni, ha a tesztkészlet kizárólag hibás darabokból áll.

7. A felbontás nem a vezérlőkar

Egy nehéz alkatrész esetében gyakori ösztönös reakció a több képpont beszerzése. Egy hajtókar esetében ez az ösztönösség általában helytelen, mert a korlátozó tényező a kontraszt, nem a mintavételezés.

Mit mondanak a számok

Egy 60 mm átmérőjű tengelyt 200 mm nézőmezőben fényképezve egy néhány ezer képpontos érzékelővel kb. 0,1 mm/képpont felbontást érünk el. Egy 0,2 mm széles karcolás így két képpontot foglal el, amely észlelhető, ha a kontraszt elegendő, és láthatatlan, ha nem. A felbontás kétszerezése ugyanazon karcoláson négy képpontot eredményez, de nem teremti meg azt a kontrasztot, amelyet a megvilágítás nem tudott biztosítani.

Hol segít a plusz felbontás

A felbontás a vizsgálat szélei mentén kis részleteken mutatkozik: az olajlyuk peremén, a lekerekítési sugárnál, az egyensúlyozó lyuk oldalfalán. Ezek azok a területek, ahol a hibát mérjük, nem pedig szubjektív értékeléssel állapítjuk meg, és ahol a kamera úgyis csak egy kis területre irányul.

A gyakorlati megoldás a csapágyfelületekhez egy becsavarodó diffúz fényforrást és közepes felbontást, míg a szélekhez egy szűkebb látószöget és magasabb felbontást használ. Ez a kombináció olcsóbb, mint egy egységesen magas felbontású rendszer, és jobban teljesít a alkatrész vizsgálatánál.

Gyakran Ismételt Kérdések

Miért ne használjunk szokásos területi fényforrást?

Mert egy csiszolt henger egyetlen fényforrás alatt világos sávot és sötét területeket eredményez, és egy ilyen sávban lévő hiba nem látható. Egy becsavarodó diffúz fényforrás eltávolítja a sávot, de kontrasztvesztéssel jár, ezért a hibafelismerés ekkor az algoritmuson múlik.

Lehetséges-e egy forgattyús tengely vizsgálata anélkül, hogy forgatnánk?

Csak a kamerák felé néző felületek. A teljes körkerület lefedése minden csapágyfelszínen forgatás nélkül egy-egy kameragyűrűt igényelne minden csapágyfelszínhez, ami általában drágább, mint a alkatrész forgatása.

Milyen hamis pozitív arány tekinthető elfogadhatónak?

Ezen a felületen a gyártásban tipikusan öt–hét százalék. Alacsonyabb érték elérhető szűkebb hibadefinícióval is, de a csökkenés általában abból ered, hogy lazítunk a hiba fogalmán, nem pedig jobb képalkotásból.

Hogyan kezelik az olajlyukak szélét?

Külön osztályként, saját nézettel. Ha az olajlyuk szélét a csapágyfelszín képének részeként kezeljük, akkor tartósan hamis pozitív jelek jelennek meg, mert a szél egy jogosult jellemző, amely hibára hasonlít.

Összefoglalás

A főtengely ellenőrzése során a fény irányításával, nem pedig pixelek hozzáadásával vizsgálják a görbült, csiszolt felületet. A becsavarodó diffúz megvilágítás egyenletes mezőt alkot a csapágyfelszínen, amelyben a hiba helyi változásként jelenik meg, és a forgatás biztosítja azt a lefedettséget, amelyet egyetlen kamera nem tudna nyújtani.

A negyvenöt másodperces ciklus a megtekintések számát számolja, nem a sebességet méri. Egy olyan specifikáció, amely meghatározza a hibatípusokat régiók szerint, valamint a kimaradási arányt és a hamis pozitív érzékelési arányt, egy ellenőrizhető állomást ír le; egy olyan specifikáció, amely csak felbontást ad meg, nem.