Controleapparaat of visuele meting: 20.000 RMB per apparaat versus 50 modellen

Overzicht

Dimensionele inspectie van een gestanste of gegoten onderdeel gebeurt meestal met een controlevorning: een harde maatvoering die het onderdeel vasthoudt in een gedefinieerd referentiepunt en pinnen, blokken en go/no-go-functies aanbiedt voor elke gecontroleerde kenmerk. Controlevorningen zijn snel, tastbaar en goed begrepen door productieteams. Ze zijn echter duur per variant, nemen permanent vloerruimte in beslag en kunnen niets meten waarvoor ze niet specifiek zijn gebouwd.

Visiemeting verricht dezelfde taak met behulp van camera’s en zonder contact. Per kenmerk op één onderdeel is deze methode trager, maar dezelfde hardware kan worden herprogrammeerd voor een andere variant zonder dat een nieuwe meetvorning nodig is. De afweging is niet eenvoudig ‘oud versus nieuw’; deze hangt af van het aantal varianten dat op de lijn wordt geproduceerd, het aantal te controleren kenmerken en de verhouding tussen de vereiste nauwkeurigheid en de nauwkeurigheid die het proces zelf kan garanderen.

Big Bird Industrial (voorheen Shimada Big Bird Industrial) bouwt sinds 2001 reinigings- en ontbramingssystemen voor automotive aandrijflijncomponenten, en de hier besproken meetaspecten gebruiken dezelfde cijfers als in de productiespecificaties, in plaats van laboratoriumvergelijkingen.

1. Wat een controlevorning daadwerkelijk kost

Een enkele controlevorset voor een auto-onderdeel met structurele functie kost doorgaans tussen de 20.000 en 200.000 RMB, afhankelijk van het aantal te controleren kenmerken, het referentiestelsel en de toleranties waarmee de meetvorset zelf is gebouwd. Dit bedrag geldt per variant. Een programma met honderden varianten brengt dus een voorzetkosten met zich mee die lineair toeneemt met het aantal modellen.

De kosten die niet op het offertevoorstel staan

Elke voorzet vereist ook een opslagplaats en een werkgebied. Een grote structurele voorzet kan een vloeroppervlakte innemen van drie meter bij drie meter of meer, en een fabriek die honderden voorzets gebruikt, heeft een speciale meetruimte nodig met gereguleerde temperatuur. De terugkerende kosten betreffen ruimtegebruik, hantering en periodieke hercertificering, niet de aanschafprijs, en lopen gedurende de gehele levensduur van het programma door.

Waar voorzets nog steeds de juiste oplossing zijn

Montageonderdelen zijn sterk waar het kenmerk tastbaar is, waar de inspectie aan de lijnkant door een operator plaatsvindt en waar het aantal varianten klein en stabiel is. Een go/no-go-maatstok die een operator in seconden kan laden, blijft de meest efficiënte manier om een handvol kritieke kenmerken op een onderdeel met hoge productievolume te bevestigen.

2. Wat visuele meting daadwerkelijk kost

Een visionstation met meerdere camera’s is een grotere enkele aankoop dan één montageonderdeel, maar een kleinere aankoop dan de volledige set montageonderdelen die het vervangt zodra het aantal varianten een bepaalde drempel overschrijdt. De economie hangt af van die verhouding, niet van de absolute prijs van een van beide opties.

Dekking per station

Een enkel vision-systeem kan worden geprogrammeerd voor 50 tot 80 voertuigvarianten, omdat het wisselen van variant neerkomt op het laden van een andere inspectieprocedure en, indien nodig, een andere fixture-nest. De hardware verandert niet. Dit is de eigenschap die de vergelijking niet-lineair maakt: de fixturekosten stijgen met het aantal modellen, terwijl de visionkosten stijgen met het aantal stations.

Snelheid per functie

Een statisch multi-camera-systeem kan ongeveer 100 functiepunten meten in 30 seconden, omdat alle camera’s gelijktijdig belichten en geen mechanisme hoeft te bewegen tussen de functies. Een configuratie met twee camera’s waarbij een robot de sensor herpositioneert, is langzamer, ongeveer drie seconden per punt. Dat verschil is één reden waarom statische multi-camera-opstellingen overheersen waar de cyclusduur strak is.

3. Waar elke methode zijn grens bereikt

Beide methoden hebben eerlijke foutmodi, en de nuttige vergelijking is waar elke methode stopt met werken, in plaats van waar elke methode goed presteert.

Visiegrenzen

Hooggradig reflecterende gebogen oppervlakken geven spiegelende hoogtepunten terug die de rand die wordt gemeten, verbergen; de gebruikelijke oplossing is het projecteren van een laserspikkelpatroon, zodat het oppervlak textuur heeft om te trianguleren. Randen bij plotselinge hoekveranderingen veroorzaken ontbrekende punten in de gereconstrueerde wolk, wat betekent dat een scherpe opstaande rand of een strakke afronding mogelijk een andere kijkrichting of een andere sensor vereist. Geen van deze beperkingen is een tekortkoming van de methode, maar beide moeten wel in het ontwerp worden meegenomen.

Bevestigingsbeperkingen

Een bevestigingsmiddel meet wat het is gebouwd om te meten. Als de tekening wijzigt, is de meetvorning afgekeurd of moet deze worden aangepast. Als een nieuw modelvariant wordt geïntroduceerd, is een nieuwe meetvorning nodig. Wanneer een programma jarenlang loopt en de modellensamenstelling verschuift, wordt de collectie meetvorningen een onderhoudsbelasting zonder restwaarde.

4. Het probleem van gemengde modellen

Gemengde-productie is waar de vergelijking meestal wordt opgelost. Een lijn die een klein aantal varianten met hoge productievolume draait, kan zich een specifieke montagevorning per variant veroorloven. Een lijn die tientallen varianten met elk een lager volume produceert, kan dat niet: de meetafdeling groeit sneller dan het productiegebied.

Visie verwerkt het gemengde geval, omdat de marginale kosten van de volgende variant bestaan uit engineeringstijd, niet uit investeringskosten. Dat voordeel wordt doorslaggevend wanneer de lijst met varianten nog steeds groeit op het moment dat de apparatuur wordt besteld, wat veelvoorkomt bij nieuwe-energie-voertuigprogramma’s.

5. De nauwkeurigheidsmarge waar niemand notities van maakt

Beide methoden worden meestal vergeleken met de tolerantie van de tekening in plaats van met de meetonzekerheid die ze veroorzaken. Een kenmerk met een tolerantie van plus of min 0,5 mm en een meetonzekerheid van 0,1 mm gebruikt al een vijfde van de tolerantieband voordat het proces ook maar iets heeft uitgevoerd. De conventionele vuistregel vereist een meetonzekerheid van één tiende van de tolerantie; in de praktijk werken structurele onderdelen vaak met een kwart, en het verschil wordt gecompenseerd door de procescapaciteitsstudie in plaats van door de meetapparatuur.

Dit is belangrijk bij de vergelijking, omdat de twee methoden op verschillende manieren falen. Een meetvorning is een harde maat: de onzekerheid is vastgelegd bij de bouw en verandert niet door de oppervlaktoestand van het onderdeel, maar de positioneringspennen en de klemmen slijten wel. De onzekerheid van een visiesysteem hangt af van de oppervlakteafwerking, de stabiliteit van de belichting en de kalibratie, en kan langzaam verslechteren naarmate de lampen ouder worden. Geen van beide methoden is automatisch nauwkeuriger; beide vereisen een hercertificatie-interval dat in het onderhoudsplan wordt opgenomen.

Consistentie van de referentievlakken is de gemeenschappelijke afhankelijkheid

Elke dimensionele inspectie is afhankelijk van het referentievlakschema, en beide methoden houden het onderdeel in een gedefinieerde oriëntatie vast om dit schema vast te leggen. Wanneer de referentievlakken klein, afgerond of slecht gevormd zijn, kan hetzelfde onderdeel, gemeten op een meetvorning en op een visiestation, meer dan de te controleren tolerantie afwijken. Deze afwijking is een probleem met de referentievlakken, geen hardwareprobleem, en het is de moeite waard om dit op te lossen voordat één van beide methoden wordt aangeschaft.

6. Een beslissingsvolgorde

De praktische volgorde is om eerst de gecontroleerde kenmerken en varianten te tellen, vervolgens de kosten van de fixture-set te vergelijken met die van één visiestation, en daarna te controleren of de nauwkeurigheidseis binnen het bereik van de visiecapaciteit ligt en of de oppervlakteafwerking optische meting in eerste instantie toestaat.

Als het antwoord daarop bijna positief is, wint vaak een hybride opstelling: een fixture of een kleine maatvorger voor de twee of drie kenmerken die bij elk onderdeel aan de lijnkant moeten worden gecontroleerd, en een visiestation voor de volledige dimensionele audit met lagere frequentie. Deze verdeling houdt de snelle tastbare controle op de juiste plaats, zonder dat er een maatvorger hoeft te worden gebouwd voor elke variant.

Veelgestelde vragen

Is visiemeting even nauwkeurig als een CMM?

Voor de kenmerken waarop visiemeting is gericht, ligt de overeenstemming met een CMM binnen 0,1 mm, en is de positioneringsherhaalbaarheid op een systeem met meerdere camera’s lager dan 0,1 mm. Het is geen algemene vervanging voor een CMM bij elk kenmerk, met name niet bij diepe boringen en kenmerken die vanuit geen enkele camerapositie zichtbaar zijn.

Hoe lang duurt het om een nieuwe variant toe te voegen?

Het toevoegen van een variant aan een bestaande visiestation is een programmeertaak die in dagen wordt gemeten, geen inkoopklus die in maanden wordt gemeten. De hardware, verlichting en fixtures blijven ongewijzigd, tenzij het nieuwe onderdeel buiten de afmetingen van het station valt.

Kan het vision-systeem een onderdeel met een sterk gepolijst oppervlak inspecteren?

Ja, met een andere belichtingsstrategie. Het projecteren van een laserspikkelpatroon geeft het oppervlak een kunstmatige textuur, waardoor de triangulatie wordt hersteld. Zonder dit patroon verschuift de spiegelende highlight met de kijkhoek en wordt de meting onstabiel.

Wat gebeurt er met bestaande fixtures?

Ze blijven meestal in gebruik voor kritieke lijnzij-inspecties en voor klantaudits waarbij een tastbare methode is voorgeschreven. Volledig uitschakelen komt zelden voor, omdat een schriftelijke inspectienorm vaak de meetinstrumentnaam noemt.

Conclusie

De vergelijking gaat niet over welke methode geavanceerder is. Het gaat erom welke kostencurve van toepassing is: fixtures schalen met het aantal varianten, visie schaalt met het aantal stations. Zodra het aantal varianten en het aantal kenmerken bekend zijn, is het antwoord rekenkundig in plaats van een kwestie van voorkeur.

Waar de twee methoden dicht bij elkaar liggen, is een hybride opstelling meestal het eerlijkste antwoord, en het is ook de opstelling die een modelwijziging overleeft zonder dat de inspectiestrategie hoeft te worden afgevoerd.