Powierzchnie bloku silnika: otwory, ślady obróbki i wiórków w jednej przejściowej inspekcji

Przegląd

Blok silnika opuszcza proces obróbki z trzema rodzajami wad na swoich powierzchniach: otworami, które powinny być obecne, lecz ich brakuje, powierzchniami, które powinny być gładkie, lecz nie są, oraz wiórkami, które powinny zostać usunięte podczas mycia, lecz nie zostały. Każda z tych wad ma inny skutek i wymaga innego podejścia obrazowania, mimo to zwykle są one sprawdzane w jednym miejscu.

Firma Big Bird Industrial (dawniej Shimada Big Bird Industrial) od 2001 roku projektuje i buduje systemy czyszczenia oraz inspekcji bloków silników. W niniejszym artykule omówiono, dlaczego trzy wspomniane wady nie mogą być wykrywane przy użyciu jednego źródła światła, jak decyzja dotycząca etapowania wpływa na czas cyklu oraz jakie elementy powinny znaleźć się w kryterium akceptacji stacji inspekcji powierzchni.

Kluczowym założeniem jest to, że powierzchnia bloku silnika nie stanowi pojedynczego zadania inspekcyjnego. Jest to zestaw zadań, które przypadkowo znajdują się na tym samym odlewie.

1. Brakujące i nadmiarowe otwory

Weryfikacja otworów to problem obecności i położenia, a jest to najprostszy z trzech do skutecznego rozwiązania. Sylwetka oświetlona od tyłu lub światło czołowe współosiowe tworzy wyraźny kontur, a klasyczny detektor porównuje ten wzór z szablonem odpowiedniego wariantu.

Trudność nie leży w wykrywaniu, lecz w obsłudze wariantów. Rodzina bloków może mieć tę samą odlewkę z różnymi wzorami wierconych otworów, a szablon jednego wariantu może zgłaszać fałszywe otwory w innym. Stanowisko musi znać wariant przed przystąpieniem do porównania, co oznacza, że identyfikacja znajduje się w przepływie danych przed inspekcją, a nie równolegle do niej.

Drugą trudnością jest częściowo zakryty otwór: drobna skrawka lub zalotka na brzegu subtelnie zmienia sylwetkę i może sprawić, że obecny otwór wyda się nieobecny. Klasyfikator powinien rozróżniać brakujące otwory od zakrytych, ponieważ działania korekcyjne są różne.

2. Ślady obróbki mechanicznej i wady powierzchniowe

Obrabiana powierzchnia posiada teksturę naturalną: ślady narzędzi, wzór posuwu, lekką zmianę odcienia spowodowaną chłodziwem. Wady to odchylenia od tej tekstury, a odchylenie jest często niewielkie pod względem kontrastu, ale duże pod względem kształtu.

Światło skośne jest standardowym rozwiązaniem, ponieważ przekształca topografię w kontrast. Rysa odbija światło na jednym brzegu i rzuca cień na drugim; wgniecie tworzy cień po jednej stronie. Światło rozproszone wyrównuje oba efekty i czyni wadę niemal niewidoczną.

Drugim standardowym rozwiązaniem jest drugi punkt widzenia. Wada niewidoczna z góry może być wyraźna pod kątem trzydziestu stopni, a stacja sprawdzająca wyłącznie z góry będzie miała martwą strefę, której żaden model nie potrafi skompensować.

3. Odpadki: Interfejs czyszczący

Odpadki na obrabianej powierzchni to wada czyszczenia, a nie obróbki, i są najczęściej występującym ustaleniem na linii bloków silników. Są też najbardziej podatne na błędne zaklasyfikowanie, ponieważ odpadek i wgniecie mają podobny rozmiar oraz podobny kontrast.

Niezbędnym wskaźnikiem rozróżnienia jest wysokość. Wtrącenie znajduje się nad powierzchnią, wgniecie poniżej niej. Pojedynczy obraz 2D nie pozwala ich rozróżnić, dlatego wykrywanie wtrąceń korzysta albo ze światła padającego pod niskim kątem, które rzuca cień za wtrąceniem, albo z pomiaru 3D, który wskazuje znak odchylenia.

Innym wskaźnikiem rozróżnienia jest położenie. Wtrącenia gromadzą się w zagłębieniach, przy brzegach otworów oraz wzdłuż linii rozebrania; wgnięcia powstają tam, gdzie coś uderzyło w powierzchnię. Klasyfikator wykorzystujący położenie jako cechę działa lepiej niż taki, który opiera się wyłącznie na wyglądzie.

Warto też zwrócić uwagę na aspekt procesowy: wykrywanie wtrąceń podczas kontroli to sygnał późny. Jeśli stacja systematycznie wykrywa wtrącenia w tym samym miejscu, źródło problemu leży wcześniej w procesie – zwykle w myjni, np. w dyszy, która przesunęła się ze swojego miejsca, lub w uchwycie chroniącym zagłębienie.

4. Jedno przejście czy kilka

Pokuszenie polega na stworzeniu jednej stacji, która wykonuje wszystkie pomiary w jednym widoku. W praktyce blok wymaga przynajmniej trzech typów widoków: widoku z góry dla powierzchni górnej (deck face), widoku bocznego dla powierzchni bocznych (flank surfaces) oraz widoku pochylonego dla kieszonek i brzegów.

Cztery widoki na jednej części są normalne. Pytanie projektowe dotyczy tego, czy są to cztery stałe kamery, jeden robot z czterema pozycjami, czy też kombinacja obu rozwiązań. Stałe kamery działają szybciej, ale są mniej elastyczne; robot działa odwrotnie. Większość linii blokowych kończy się zastosowaniem stałych kamer do inspekcji powierzchni górnej pokrywy oraz robota do inspekcji bocznych powierzchni i kieszonek.

5. Kryteria akceptacji oraz wskaźnik ucieczek

Stację inspekcji powierzchni ocenia się na podstawie ucieczek, a nie wykryć. Specyfikacja powinna więc opierać się na zbiorze wad obejmującym rzeczywiste ucieczki, a nie tylko przykłady syntetyczne.

Liczby dla poszczególnych klas są najważniejsze. Stanowisko, które wykrywa każdą zadrapkę, ale tylko połowę skruszeń, ma problem ze skruszeniami, a pojedyncza ogólna wartość dokładności go ukryje.

6. Pętla czyszczenia

Inspekcja powierzchni zamyka pętlę z czyszczeniem w sposób, w jaki inspekcja wymiarowa tego nie robi. Skruszenia wykryte podczas inspekcji stanowią bezpośredni dowód dotyczący myjki: które dysze działają, które kieszenie są osłonięte, czy filtracja się zatruwa.

Dane inspekcyjne stają się w ten sposób przydatne nie tylko do oceny zaliczenia lub odrzucenia. Tygodniowa mapa położenia uszkodzeń na bloku, pogrupowana według pozycji na bloku, wskaże konkretny dyszę lub element uchwytu odpowiedzialny za defekt. Stacje rejestrujące pozycje, a nie tylko liczbę wystąpień, otrzymują tę funkcjonalność automatycznie; stacje rejestrujące jedynie wskaźnik odrzuceń – nie.

7. Części mokre kontra suche

Blok, który dociera do inspekcji wciąż mokry, zachowuje się inaczej niż blok wysuszony. Warstwa wody zmienia kontrast, wypełnia zadrapania i sprawia, że uszkodzenie wygląda jak przebarwienie. Ten sam próg, który działa poprawnie dla suchego bloku, spowoduje fałszywe odrzucenia w przypadku bloku mokrego.

Istnieją dwa uczciwe rozwiązania. Albo część jest suszona przed inspekcją – co wiąże się z kosztami energii i czasu, ale zapewnia stabilność obrazu – albo inspekcja jest zaprojektowana specjalnie dla powierzchni mokrej, z własnymi progami i własnymi obrazami odniesienia. Łączenie tych dwóch podejść w jednej recepturze to błąd.

W praktyce większość linii przeprowadza inspekcję po wyschnięciu, ponieważ wówczas pytania dotyczące pozostałości i powierzchni są odpowiadane w tym samym stanie. Linie przeprowadzające inspekcję na mokro robią to, aby zaoszczędzić krok manipulacyjny, ale płacą za to koniecznością dokładniejszej strojki klasyfikatora.

8. Weryfikacja stanowiska

Stanowisko powierzchniowe weryfikuje się przy użyciu wprowadzonych defektów, a ich wprowadzanie musi być fizyczne. Defekty rzutowane lub syntetyczne testują algorytm, a nie optykę, oświetlenie ani uchwyt – a właśnie te trzy elementy są źródłem rzeczywistych awarii.

Działać może protokół wykorzystujący zestaw części znanymi defektami w znanych pozycjach, cyklicznie przekazywanych przez zmiany, z wynikami raportowanymi osobno dla każdej klasy defektów i każdej pozycji na bloku. Powtarzalność ma znaczenie, ponieważ interesujące awarie występują niestabilnie: np. odbicie pojawiające się tylko pod jednym kątem lub cień zależny od sposobu umieszczenia części.

Protokół powinien również obejmować części dobre, ale o trudnym wyglądzie: powierzchnię zabrudzoną, ślad chłodziwa, obszar naprawiony. To właśnie takie części wpływają na wskaźnik fałszywych wyników, a ten wskaźnik decyduje o tym, czy linia produkcyjna ufa stacji inspekcyjnej.

Najczęściej zadawane pytania

Czy jedna kamera może widzieć powierzchnię górną (deck face) i boczne ścianki (flanks)?

Tylko przy zmniejszonej rozdzielczości na ściankach bocznych (flanks), ponieważ kąt jest pochyły. Większość linii używa dedykowanej kamery górnej oraz osobnego układu kamer bocznych.

Jak odróżnić skołowanie (chip) od wgniecenia (dent)?

Na podstawie znaku wysokości – pośrednio poprzez kierunek cienia w obrazie 2D lub bezpośrednio w danych 3D. Sam wygląd nie jest wystarczająco wiarygodny, by podjąć decyzję procesową.

Czy blok musi się zatrzymać w celu inspekcji?

Zazwyczaj tak – dla pełnej inspekcji całej powierzchni. Inspekcja w ruchu jest możliwa tylko dla jednej powierzchni, ale nie dla zestawu widoków obejmujących kąty nachylenia.

Co się dzieje, jeśli chłodziwo sprawia wrażenie mokrej powierzchni?

Mokra warstwa zmienia kontrast i może tworzyć fałszywe krawędzie. Albo osusz element, albo zaakceptuj inną wartość progową – ale nie łącz mokrych i suchych elementów w jednej recepturze.

Wniosek

Powierzchnia bloku to trzy problemy inspekcyjne ukryte pod jedną odlewką. Otworki wymagają konturu, wady – światła skośnego, a skorupki – wysokości lub cienia; żaden pojedynczy widok nie spełnia wszystkich trzech wymagań.

Stacja, która działa, składa się z niewielkiego zestawu dedykowanych widoków z osobnymi kryteriami akceptacji dla każdej klasy, połączonych z myjką, dzięki czemu uzyskane wyniki stają się ulepszeniami procesu, a nie tylko statystyką odrzuceń.