Кронштейны панели приборов: измерение положения и проверка сборки на одной станции

Обзор

Кронштейн приборной панели — это штампованная и сварная сборка, на которой крепятся панель приборов, рулевая колонка и набор креплений подушки безопасности. Это не прецизионная деталь в классическом понимании, однако она всё ещё вызывает скрипы, смещения и — в худшем случае — неправильное срабатывание системы удержания пассажиров.

Big Bird Industrial (ранее Shimada Big Bird Industrial) создаёт станции контроля геометрии и сборки автомобильных конструкций с 2001 года. Ниже приведена логика проектирования станции для контроля кронштейнов: почему позиционирование и сборка должны выполняться в одном цикле, как база определяет измерение и как формулировать критерий, охватывающий оба аспекта без удвоения такта.

1. Два вопроса, одна деталь

Кронштейн должен ответить на два вопроса, прежде чем попасть в транспортное средство. Во-первых, находятся ли монтажные точки там, где указано на чертеже? Это вопрос размеров: положение отверстий и расположение поверхностей. Во-вторых, правильно ли собран кронштейн? Это вопрос сборки: отсутствующие шпильки, неподходящие зажимы, перевёрнутые кронштейны и отсутствующие сварные швы.

Обычно заводы решают эти вопросы в двух местах: с помощью контрольного приспособления — для проверки размеров, и визуального инспектора — для проверки сборки. Разделение этих функций требует дополнительной операции по перемещению детали, а перемещение — самая затратная операция на большинстве контрольных станций. Кроме того, это создаёт разрыв: кронштейн, прошедший проверку на приспособлении, но поступивший на визуальную проверку с задержкой, может быть неправильно собран до того, как кто-либо это заметит.

2. База — это измерение

Каждый результат измерения размера на кронштейне относится к базовой точке, а кронштейны являются гибкими. Штампованный кронштейн, зажатый с одного конца, будет иметь иные измеренные значения, чем тот же кронштейн, зажатый с другого конца. Это не проблема камеры, а проблема приспособления, и она определяет основную неопределённость измерений.

Практическое правило: воспроизводить базовую точку, предполагаемую чертежом, а не ту базовую точку, которая удобна для зажима. Если на чертеже указаны три установочных отверстия в качестве первичной базовой точки, то приспособление должно осуществлять позиционирование именно по этим трём отверстиям, в указанном порядке, с воспроизводимым усилием зажима.

Второе правило: измерять деталь в свободном состоянии, в котором она будет находиться в автомобиле, если чертёж это допускает. Кронштейн, измеренный в зажатом состоянии, а затем восстанавливающий форму после снятия зажима, может пройти контроль, но не соответствовать требованиям на сборочной линии.

3. Что измеряет Vision Station

Габаритное содержание станции для кронштейнов обычно представляет собой краткий перечень: положение отверстия по двум осям, диаметр отверстия, относительное положение двух монтажных поверхностей и наличие приваренных шпилек на требуемой высоте.

Обратите внимание, что два из четырёх параметров выходят из плоскости. Строго двумерная станция может точно измерять отверстия, но не способна измерять высоту шпилек вообще; поэтому станции для кронштейнов обычно гибридные: 2D-камера для определения положения и 3D-датчик или лазерный профиль — для измерения высоты.

4. Сборочная половина цикла

Проверка сборки на кронштейне — это задача классификации с небольшим числом классов: присутствует или отсутствует, правильный или неправильный вариант, правильная или обратная ориентация. Каждая из этих задач проще, чем обнаружение дефектов поверхности, и сложнее, чем кажется, поскольку освещение, делающее край отверстия чётким, часто делает чёрный пластиковый зажим невидимым.

Рабочий подход предполагает использование отдельного изображения для каждой характеристики вместо одного общего изображения. Отсутствующий штифт очевиден на крупном плане и неоднозначен при широком угле съёмки; кронштейн в обратной ориентации очевиден при широком угле съёмки и невидим на крупном плане. Многоугловые станции существуют потому, что оба вопроса задаются относительно одной и той же детали.

Распознавание вариантов заслуживает отдельного упоминания. На линии смешанного производства два кронштейна, отличающихся лишь одним сварным болтом, будут выглядеть одинаково для модели, обученной на общей форме. Надёжный способ — ориентироваться на отличительную характеристику, а не на силуэт.

5. Поддержание постоянного времени цикла

Станция, которая добавляет проверки сборки к геометрическим проверкам, удвоит свой цикл, если она не спроектирована как параллельный конвейер. Метод прост: независимо выявлять и обрабатывать каждый ракурс, совмещать захват изображения с обработкой и свести количество перемещений робота к минимуму, допустимому полем обзора.

Для кронштейна реалистичный временной интервал составляет несколько секунд на каждый ракурс и общий цикл в диапазоне от десяти до двадцати секунд, включая манипуляции. Станция, сообщающая о тридцати секундах, обычно работает последовательно, а не оптически.

6. Критерии приёмки для комбинированной станции

Поскольку станция отвечает на два разных вопроса, ей требуются два разных критерия. Объединение их в один показатель проходимости скрывает, какая из двух частей не соответствует требованиям.

7. Что меняется при сварке кронштейна

Большинство кронштейнов представляют собой сварные сборки, а не отдельные штамповки, и сварка изменяет задачу контроля тремя способами: добавляются элементы, подлежащие проверке; возникает деформация, смещающая базовую поверхность; остаётся брызги металла, которые модель обнаружения дефектов безошибочно классифицирует как поверхностный дефект.

Проверка сварных соединений — это отдельная небольшая дисциплина. Сварное соединение может отсутствовать, быть слишком коротким, находиться в неправильном месте или иметь пористость; при этом только первые два дефекта надёжно выявляются двухмерной камерой. Длину и положение сварного шва можно измерить по силуэту; для оценки пористости и проплава требуется либо трёхмерный профиль, либо разрушающий контроль. На станции следует чётко указать, какие именно параметры проверяются, поскольку спецификация, гласящая лишь «сварка проверена» без уточнений, не является полноценной спецификацией.

Искажение — это менее заметная проблема. Сварной кронштейн деформируется после снятия с приспособления, и степень деформации зависит от количества подведённого тепла и последовательности закрепления деталей в приспособлении. Поскольку чертёж предполагает номинальную форму, измерения должны либо воспроизводить условия сборки, либо допускать более широкий диапазон отклонений для тех элементов, которые подвержены упругому возврату. На предприятиях, игнорирующих этот факт, вместо контроля сварных швов начинается бесконечная настройка приспособлений.

Брызги — это проблема классификации, а не измерения. Капля брызг и вмятина выглядят схоже в оттенках серого; они различаются по высоте и остроте краёв. Одноуровневое изображение не позволяет их различить, и эта неопределённость обычно проявляется в виде ложных отбраковок, причины которых никто не может объяснить. Вторая точка обзора — даже грубая — позволяет недорого разделить эти два класса.

8. Модель затрат, лежащая в основе станции

Установка станции для кронштейнов обычно оправдывается по сравнению с контрольным приспособлением и контролёром. Такое сравнение неполно, поскольку в нём учитываются только приспособления, но не сотни приспособлений, необходимых для линии с переменной номенклатурой, а также учитывается только контролёр, но не цикл доработки, вызванный выявлением дефекта на поздней стадии.

Честная модель включает четыре статьи: избежанные приспособления, высвобожденный труд, предотвращённые прорывы и затраты на переналадку. Первые две легко количественно оценить при составлении бизнес-обоснования; вторые две определяют, выдержит ли проект аудит через два года.

Статья «переналадка» заслуживает отдельной строки, поскольку именно здесь комбинированные станции терпят коммерческий провал. Станция, требующая целую смену для перехода от одного типа кронштейна к другому, будет эксплуатироваться только в одном варианте, и гибкость, обосновавшая её внедрение, исчезнет. Общие базирующие элементы и инструменты быстрой замены — это не роскошь, а то, что делает инвестиции оправданными.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли заменить контрольное приспособление один к одному?

Обычно да — по положению и диаметру, но с одним условием: схема базирования приспособления должна быть воспроизведена. Визион-система не устраняет необходимость в базе, она лишь устраняет необходимость в физическом калибре для каждой характеристики.

Сколько камер требуется для кронштейна?

Достаточно для покрытия обеих поверхностей и поля шпилек с требуемым разрешением. Для полного кронштейна типично от четырёх до шести камер; меньше — если признаки расположены только на одной поверхности.

А как быть с гибкими деталями, которые смещаются после снятия зажима?

Измеряйте в состоянии после снятия зажима или явно укажите условие зажима на чертеже. Измерение без оговорённого условия неповторяемо.

Требуется ли распознавание вариантов глубокое обучение?

Не обязательно. Если различающийся признак имеет геометрическую природу, классические методы измерения более надёжны. Глубокое обучение оправдано, когда различие носит текстовый или косметический характер.

Заключение

Станция с кронштейном представляет собой компромисс между двумя вопросами, которые задаются одному и тому же компоненту в одну и ту же минуту. Их объединение позволяет сократить количество операций по обработке деталей и устранить разрыв между контролем геометрических параметров и проверкой сборки; при этом сохранение этих двух вопросов отдельно в критериях приёмки гарантирует объективность станции при выявлении того, какой именно из двух аспектов не соответствует требованиям.

Правильная последовательность проектирования: сначала базирование, затем оптика, затем параллельность, затем критерии. Изменение порядка любых двух этапов приведёт к необходимости доработки станции на этапе ввода в эксплуатацию.