Uchwyty panelu sterowniczego: pomiar położenia i weryfikacja montażu w jednej stacji

Przegląd

Uchwyt panelu sterowania to tłoczona i spawana zespół, który przenosi deski rozdzielczej, kolumny kierownicy oraz zestaw mocowań poduszki powietrznej. Nie jest to część precyzyjna w klasycznym znaczeniu tego słowa, a mimo to nadal powoduje skrzypienie, niewłaściwe dopasowanie, a w najgorszym przypadku – nieaktywację systemu ochrony pasażera w miejscu, w którym powinna się uruchomić.

Big Bird Industrial (dawniej Shimada Big Bird Industrial) od 2001 roku projektuje i buduje stacje pomiarowe do kontroli wymiarów oraz montażu elementów konstrukcyjnych pojazdów samochodowych. Poniżej przedstawiono logikę projektową stacji do kontroli uchwytów: dlaczego pozycjonowanie i montaż powinny odbywać się w jednym cyklu, jak punkt odniesienia decyduje o pomiarach oraz jak sformułować kryterium obejmujące oba te aspekty bez podwajania taktu.

1. Dwa pytania, jedna część

Uchwyt musi odpowiedzieć na dwa pytania, zanim trafi do pojazdu. Po pierwsze: czy punkty mocowania znajdują się tam, gdzie wskazuje rysunek? To pytanie dotyczące wymiarów – położenia otworów i lokalizacji powierzchni. Po drugie: czy uchwyt został prawidłowo zmontowany? To pytanie dotyczące montażu – brakujących śrub, nieodpowiednich kleszczy, odwrotnie zamontowanych uchwytów oraz brakujących spawów.

Zwykle odpowiedzi na te pytania uzyskuje się w dwóch miejscach: za pomocą urządzenia kontrolnego po stronie wymiarowej oraz przez inspektora wizualnego po stronie montażu. Oddzielenie tych czynności wiąże się z dodatkowym etapem manipulacji, a właśnie manipulacje stanowią największy pojedynczy koszt w większości stacji kontroli. Powstaje też luka: uchwyt, który przejdzie kontrolę urządzeniem, ale dopiero później dotrze do stacji inspekcji wizualnej, może zostać niepoprawnie zmontowany jeszcze przed wykryciem błędu.

2. Punkt odniesienia to pomiar

Każdy wynik pomiaru wymiarowego na wsporniku odnosi się do punktu odniesienia, a wsporniki są elastyczne. Wspornik wykonany metodą tłoczenia i zamocowany w jednym końcu będzie miał inne pomiary niż ten sam wspornik zamocowany w drugim końcu. To nie jest problem aparatu fotograficznego, lecz problem uchwytu, który dominuje niepewność pomiaru.

Zasadą praktyczną jest odtworzenie punktu odniesienia zakładanego na rysunku, a nie punktu odniesienia wygodnego do zamocowania. Jeśli na rysunku określono trzy otwory lokalizacyjne jako podstawowy punkt odniesienia, uchwyt musi dokonywać lokalizacji właśnie na tych trzech otworach, w tej kolejności i przy powtarzalnej sile docisku.

Wynika z tego druga zasada: należy mierzyć element w stanie swobodnym, w jakim będzie się znajdował w pojeździe, o ile rysunek na to pozwala. Wspornik mierzony w stanie zamocowanym, który po zwolnieniu odkształca się sprężynowo, przejdzie kontrolę jakości, ale zawiedzie na linii montażowej.

3. Co mierzy stacja inspekcji wizyjnej

Zawartość wymiarowa stanowiska do mocowania obejmuje zazwyczaj krótką listę: położenie otworu w dwóch osiach, średnicę otworu, względne położenie dwóch powierzchni montażowych oraz obecność spawanych wkładek na odpowiedniej wysokości.

Zwróć uwagę, że dwa spośród czterech pomiarów dotyczą odchyleń poza płaszczyzną. Stanowisko wyłącznie dwuwymiarowe bardzo dobrze mierzy otwory, ale w ogóle nie potrafi zmierzyć wysokości wkładki – dlatego stanowiska do mocowania są zwykle hybrydowe: kamera 2D do pomiaru położenia oraz czujnik 3D lub profil laserowy do pomiaru wysokości.

4. Połowa cyklu związana z montażem

Weryfikacja montażu uchwytu to problem klasyfikacji z małą liczbą klas: obecny lub brakujący, poprawna lub niepoprawna wersja, poprawna lub odwrócona orientacja. Każda z tych klas jest łatwiejsza niż wykrywanie wad powierzchniowych, ale trudniejsza, niż się wydaje, ponieważ oświetlenie, które czyni krawędź otworu wyraźną, często czyni niewidocznym czarny plastikowy zacisk.

Skutecznym podejściem jest stosowanie osobnego obrazu dla każdej cechy zamiast jednego ogólnego obrazu. Brak śruby mocującej jest oczywisty na zbliżeniu i niejednoznaczny na szerokim planie; odwrócony uchwyt jest oczywisty na szerokim planie i niewidoczny na zbliżeniu. Stacje wielowidokowe istnieją właśnie dlatego, że oba pytania dotyczą tego samego elementu.

Rozpoznawanie wariantów zasługuje na osobne podkreślenie. Na linii mieszanej dwa uchwyty różniące się tylko pojedynczym spawanym nakrętką będą wyglądały identycznie dla modelu wytrenowanego na podstawie ogólnego kształtu. Niezawodnym sposobem jest skupienie się na cechach, które się różnią, a nie na sylwetce.

5. Utrzymanie stałego czasu cyklu

Stacja, która dodaje kontrole montażu do kontroli wymiarowych, podwoi swój cykl, chyba że zaprojektowano ją jako potok równoległy. Technika jest prosta: ujawniać i przetwarzać każdą perspektywę niezależnie, nakładać na siebie pozyskiwanie obrazu i jego przetwarzanie oraz minimalizować liczbę ruchów robota zgodnie z dopuszczalnym polem widzenia.

Dla wspornika realistyczny czas obejmujący każdą perspektywę to kilka sekund, a całkowity cykl wynosi od dziesięciu do dwudziestu sekund, wliczając manipulację elementem. Stacja zgłaszająca trzydzieści sekund działa zwykle sekwencyjnie, a nie optycznie.

6. Kryteria akceptacji dla stacji połączonej

Ponieważ stacja odpowiada na dwa różne pytania, wymaga dwóch różnych kryteriów. Łączenie ich w jedną stopę zaakceptowanych elementów ukrywa, która z tych dwóch części zawodzi.

7. Jakie zmiany zachodzą po spawaniu uchwytu

Większość uchwytów składa się z zestawów spawanych, a nie z pojedynczych tłoczonych elementów; spawanie wpływa na proces inspekcji na trzy sposoby: dodaje cech do weryfikacji, powoduje odkształcenia przesuwające punkt odniesienia oraz pozostawia rozpryski, które model defektów może błędnie zaklasyfikować jako wadę powierzchni.

Weryfikacja spoin stanowi odrębną, niewielką dziedzinę wiedzy. Spoina może być pominięta, za krótka, umieszczona w niewłaściwym miejscu lub porowata; jedynie dwa pierwsze przypadki można niezawodnie wykryć za pomocą dwuwymiarowej kamery. Długość i położenie spoiny można zmierzyć na podstawie jej sylwetki; porowatość i przeniknięcie wymagają albo profilu 3D, albo kontroli niszczącej. Stanowisko powinno określać, które z tych parametrów są weryfikowane, ponieważ specyfikacja stwierdzająca jedynie „spoina sprawdzona”, bez dalszych doprecyzowań, nie stanowi właściwej specyfikacji.

Zniekształcenie jest mniej uciążliwym problemem. Zgrzewana wspornica odkształca się po zwolnieniu, a stopień odkształcenia zależy od ilości wprowadzonego ciepła oraz kolejności mocowania w przyrządzie. Ponieważ rysunek zakłada nominalny kształt, pomiar musi albo odtwarzać warunki montażu, albo akceptować szerszy zakres tolerancji dla cech wpływanych przez odkształcenie sprężyste. Zakłady ignorujące ten fakt kończą tym, że „gonią” przyrząd zamiast spawania.

Bryzgi stanowią zagrożenie klasyfikacyjne, a nie pomiarowe. Kropelka bryzgów i wgniecie wyglądają podobnie w skali szarości; różnią się wysokością oraz ostrością krawędzi. Obraz jednowysokościowy powoduje ich pomylenie, a zamieszanie to zwykle przejawia się jako nieuzasadniona liczba odrzutów fałszywie negatywnych, której nikt nie potrafi wyjaśnić. Drugi punkt widzenia – nawet gruby – tanio rozdziela te dwie klasy.

8. Model kosztowy stacji

Stacja montażowa jest zwykle uzasadniana w porównaniu do stanowiska kontrolnego wraz z inspektorem. To porównanie jest niekompletne, ponieważ uwzględnia jedynie stanowisko kontrolne, a nie setki stanowisk kontrolnych potrzebnych na linii mieszanej, oraz uwzględnia inspektora, ale nie pętli poprawkowej powstającej w wyniku późnego wykrycia wad.

Rzetelny model zawiera cztery pozycje: uniknięcie stanowisk kontrolnych, usunięcie pracy ręcznej, zapobieganie ucieczkom wad i koszty zmiany konfiguracji. Pierwsze dwie pozycje łatwo wyrazić ilościowo w analizie biznesowej; dwie kolejne decydują o tym, czy projekt przetrwa audyt po dwóch latach.

Zmiana konfiguracji zasługuje na osobną pozycję, ponieważ to właśnie w tym obszarze stacje uniwersalne zawodzą komercyjnie. Stacja, której przełączenie z jednego typu uchwytu na inny trwa całą zmianę, będzie używana wyłącznie do jednego wariantu, a elastyczność, która ją uzasadniała, znika. Wspólne elementy lokalizacyjne i szybkozamienialne narzędzia nie są luksusem – to one sprawiają, że inwestycja staje się rzeczywista.

Najczęściej zadawane pytania

Czy stanowisko kontrolne można zastąpić jedno do jednego?

Zazwyczaj tak – zarówno co do położenia, jak i średnicy, ale z jednym warunkiem: schemat lokalizacji oprawki musi zostać odtworzony. Wizja nie eliminuje potrzeby punktu odniesienia (datuma), usuwa jedynie potrzebę fizycznego wzorca kontrolnego dla każdej cechy.

Ile kamer wymaga uchwyt?

Wystarczająco dużo, aby objąć obie powierzchnie oraz pole wypustków z wymaganą rozdzielczością. Dla pełnego uchwytu typowe jest cztery–sześć kamer; mniej, jeśli cechy znajdują się tylko na jednej powierzchni.

A co z częściami elastycznymi, które przemieszczają się po zwolnieniu?

Pomiary należy wykonywać w stanie zwolnionym lub jawnie określić warunek zaciskania na rysunku. Pomiar bez podania stanu nie jest powtarzalny.

Czy rozpoznawanie wariantów wymaga uczenia głębokiego (deep learning)?

Niekoniecznie. Jeśli różniąca cecha ma charakter geometryczny, klasyczne pomiary są bardziej odporno na błędy. Uczenie głębokie uzasadnia swoje zastosowanie wtedy, gdy różnica dotyczy tekstu lub cech estetycznych.

Wniosek

Stacja z uchwytami jest kompromisem między dwoma pytaniami, które są zadawane tej samej części w tej samej minucie. Połączenie ich pozwala zaoszczędzić na manipulacjach i zamyka lukę między zwolnieniem wymiarowym a weryfikacją montażu; utrzymanie ich osobno w kryteriach akceptacji zapewnia, że stacja rzetelnie wskazuje, która z tych dwóch części nie spełnia wymagań.

Kolejność projektowania, która działa, to: punkt odniesienia, następnie optyka, następnie równoległość, a na końcu kryteria. Zamiana miejsc dowolnych dwóch elementów spowoduje konieczność przeróbki stacji podczas wprowadzania jej do eksploatacji.