Sistem za dimenziono preverjanje karoserije v beli (Body-in-White): ujemanje predlog z podpikselno natančnostjo za spletno merjenje položaja lukenj

Pregled

Dimenzionalna natančnost je ključnega pomena pri proizvodnji karoserije v beli izvedbi (BIW). Odstopanja v položajih lukenj, pritrdilnih točkah in geometriji konstrukcije lahko vplivajo na nadaljnjo sestavo, vključno z namestitvijo vrat, notranjosti in pogonskega sistema.

Sistem za dimenzionalni pregled karoserije v beli izvedbi uporablja ujemanje predlog z podpikselno natančnostjo in merjenje z večkamernimi sistemi za izvajanje spletne dimenzionalne preveritve ključnih značilnosti. Objavljene tehnične specifikacije vključujejo razločljivost slike v prostoru predmeta 0,02–0,05 mm na piksel, merilno natančnost ±0,1 mm, ponovljivost ±0,02 mm ter tipičen ciklusni čas opreme 30–60 sekund. Sistem je zasnovan za spletni pregled v avtomobilskih varilnih linijah za karoserije.

Ključne besede: dimenzionalni pregled karoserije v beli izvedbi, pregled položaja lukenj, merjenje geometrijskih dimenzij in dopustnih odstopanj, ujemanje predlog z podpikselno natančnostjo, merjenje v 3D koordinatah, spletni vizualni pregled, Big Bird Industrial

1. Zakaj je dimenzionalni pregled ključnega pomena pri izdelavi karoserije brez opreme

Struktura karoserije brez opreme določa dimenzionalno osnovo za sestavo vozila. Napake pri pozicioniranju v varilnih napravah, odskok (springback) pri oblikovanih ploščah in toplotna deformacija med varjenjem se lahko kopičijo ter vplivajo na končno geometrijo karoserijske strukture.

Ko se kritične luknje ali pritrdilne točke odmikajo od svojih nazivnih leg, lahko operacije v nadaljnjem procesu srečajo težave, kot so neenakomerni vrata, nepravilno poravnava plošč, trkovanje pri sestavi ter dodatna ročna prilagajanja ali popravki.

Zato se dimenzionalni pregled običajno izvaja na ključnih stopnjah varilnega procesa karoserije.

Karoserija brez opreme pa predstavlja več merilnih izzivov:

• Velike skupne dimenzije: Merilne točke so lahko razpršene po veliki trodimenzionalni strukturi.

• Konstrukcija iz tankih pločevin: Lokalna geometrija in površinska stanja se lahko razlikujejo.

• Široko razpršene merilne točke: Za zajetje zahtevanih značilnosti je morda potrebnih več kamern ali merilnih položajev.

• Omejitve proizvodne linije: Spletna pregledava mora dokončati meritve brez ustvarjanja nepredvidljivega zamaikanja na varilni liniji.

Koordinatni merilni sistemi (CMM) se pogosto uporabljajo za preverjanje dimenzij, vendar konvencionalna izvenlinijska pregledava ne zagotavlja nujno zmogljivosti ali takojšnjega povratnega odziva, ki sta zahtevana za vsako uporabo na proizvodni liniji.

Spletni sistem vizualne pregledave lahko med proizvodnjo izmeri več kritičnih točk in zagotovi dimenzionalne podatke za spremljanje procesa ter analizo kakovosti.

2. Tehnična rešitev: ujemanje predlog z podpikselno natančnostjo in meritve z več kamermi

Sistem za dimenzionalno pregledavo karoserije v beli barvi je zasnovan za spletno merjenje geometrijskih dimenzij in položajev lukenj na velikih avtomobilskih karoserijah.

Sistem integrira šest funkcionalnih podsistemov:

• Sistem za vizualno zajemanje slik

• Dvodimenzionalni sistem prepoznavanja slik

• Sistem za merjenje v treh razsežnostih

• Vmesnik za uporabniško interakcijo

• Kalibracijski sistem

• Sistem za statistično analizo

Njegov način merjenja združuje slikanje z visoko ločljivostjo, lokalizacijo značilnosti podpikselno, popravek z referenčnimi tarčami ter geometrijski izračun z večkamernimi napravami.

2.1 Ujemanje predlog z natančnostjo podpiksla

Ujemanje predlog z natančnostjo pod enega piksla ocenjuje položaje značilnosti z natančnostjo, ki je boljša od enega celega piksla, pri ustrezni nastavitvi slike in kalibraciji.

Glede na objavljene podatke o izdelku lahko prostorska ločljivost slike doseže približno 0,02–0,05 mm na piksel. To omogoča natančnejšo lokalizacijo značilnosti na sliki brez potrebe po povečanju števila kamernih naprav.

Ločljivost slike in natančnost merjenja sta različni tehnični specifikaciji. Dejansko merilno uspešnost je odvisna tudi od optične nastavitve, kakovosti kalibracije, vidnosti značilnosti, mehanske stabilnosti ter geometrije merjenja.

2.2 Korekcija z referenčnim ciljem

Referenčne ciljne točke so nameščene na nasprotni strani glede na ustrezno kamero. Med zajemom slik sistem prepozna položaje teh ciljev na sliki in uporabi meritve za kompenzacijo majhnih sprememb relativnega položaja ali orientacije.

Ta pristop lahko zmanjša vpliv določenih okoljskih učinkov, vključno z majhnimi premiki položaja, povezanimi s temperaturnimi spremembami.

Dejanska zmogljivost za kompenzacijo je odvisna od razporeditve referenčnih ciljev, kalibracije sistema in mehanske konstrukcije. Temperaturne spremembe in konstrukcijske deformacije je kljub temu treba oceniti v dejanskih proizvodnih pogojih.

2.3 Večkamerni izračun trodimenzionalnih koordinat

Vsaka kamera opazi slikovne značilnosti, ki ustrezajo več merilnim točkam na delu. Vsako ciljno točko meri več kamernih sistemov, sistem pa za izračun njenih trodimenzionalnih koordinat uporablja večkotno geometrijo.

Večkamerni sistem omogoča prekrivajoče meritve, ki jih je mogoče uporabiti za geometrijske izračune in medsebojno preverjanje.

To je zlasti uporabno pri velikih strukturah, kjer so merilne točke razpršene po različnih območjih in jih ni mogoče učinkovito izmeriti vseh iz ene same točke opazovanja.

Končna natančnost merjenja je odvisna od razporeditve kamer, kalibracije, vidnosti in geometrije merilnih točk.

3. Tehnične specifikacije

Naslednje specifikacije temeljijo na javno dostopnih podatkih o izdelku.

Opomba o meritvah: Objavljene številke natančnosti merjenja, ponovljivosti in korelacije koordinatnega merilnega stroja predstavljajo različne lastnosti zmogljivosti. Njihove definicije, pogoji preskušanja in načini sprejema je treba potrditi med tehnično oceno.

Izraza »brez izpuščenih zaznav« in »zahteva za mehansko pozicioniranje večja od ±2,5 mm« je prav tako treba pojasniti v skladu s formalno tehnično specifikacijo dobavitelja, preden se uporabita kot pogojna merila za sprejem v pogodbi.

4. Ključni dejavniki pri izbiri sistema za dimenzionalni pregled BIW

4.1 Načrtovanje lokacij kamor in kalibracija okoli delovnega mesta

Točke meritve karoserije brez opreme lahko segajo prek velike strukture. Položaje kamor je treba namestiti kamere, je treba načrtovati glede na zahtevano pokritost meritev, razpoložljiv prostor za montažo, razpored pritrdilnih elementov in dostop do proizvodne linije.

Strategijo kalibracije je treba določiti že v fazi načrtovanja sistema, ne pa jo pustiti za čas vzpostavitve sistema.

4.2 Upoštevanje temperaturnih sprememb in vibracij

Okolje varjenja se lahko izpostavi nihanju temperature in mehanskim vibracijam. Obe pojavi lahko vplakata na stabilnost meritev, če konstrukcija za slikanje ali ureditev kalibracije ni dovolj trdna.

Korekcija z referenčnimi tarčami lahko pomaga kompenzirati določene majhne spremembe relativnega položaja, vendar ne odpravi vseh okoljskih napak. Mehanska togost, stabilnost montaže, kalibracija in spremljanje okoljskih pogojev ostajajo pomembni.

Kjer se spremljajo dimenzionalni trendi skozi čas, lahko hkratno beleženje ustreznih okoljskih pogojev skupaj z meritvenimi podatki olajša poznejšo analizo.

4.3 Ločitev časa obdelave slik od cikla opreme

Objavljen čas meritve slike znaša 10–20 sekund, celoten cikel opreme pa 30–60 sekund.

Ti podatki se nanašajo na različne faze. Celoten cikel opreme lahko vključuje prihod delovnega predmeta, pozicioniranje, zajem slike, obdelavo meritve in druge ukrepe opreme.

Pri integraciji sistema v obstoječo varilno linijo naj se zmogljivost proizvodnje izračuna na podlagi celotnega cikla opreme in dejanskega zaporedja linije – ne le na podlagi časa obdelave slik.

4.4 Ustanovite sledljive zapise meritev

Podatki o meritvah postanejo bolj vredni, kadar jih je mogoče povezati z posameznimi delovnimi predmeti, točkami merjenja, serijami proizvodnje in ustreznimi procesnimi pogoji.

Statistične funkcije sistema lahko podpirajo sledenje vrednostim meritev, spremljanje trendov, analizo napak in ustvarjanje poročil.

Če tovarna uporablja sistem za izvrševanje proizvodnje (MES), sistem za upravljanje kakovosti (QMS) ali drugo platformo za podatke o proizvodnji, je treba zahtevane vmesnike in oblike podatkov določiti pred uvedbo.

5. Možnosti strojne vizije Big Bird Industrial

Harbin Big Bird Industrial Co., Ltd. (Big Bird Industrial), prej Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., ponuja integrirane rešitve za natančno industrijsko čiščenje in pregled z uporabo strojne vizije.

Njegov nabor sistemov strojno vidnega pregleda vključuje šest serij izdelkov:

• Orient See: Preverjanje geometrijskih dimenzij in položaja

• Surface See: Preverjanje površinskih napak

• Assembly See: Preverjanje sestave in varovanje končnega izdelka pred napakami

• Inner See: Preverjanje notranjih cevi in votlin

• Knight See: Nadzor površinske napake barvanja

• Mou See: Programski algoritmi in nadzorne platforme

Serija Orient See se osredotoča na merjenje geometrijskih dimenzij in položaja pri velikih delih in konstrukcijskih komponentah. Uporablja se na primer pri karoserijah brez opreme in podvozjih, kjer lahko spletne meritve pomagajo zaznati odstopanja v dimenzijah, preden vplivajo na nadaljnjo sestavo.

Za vsak projekt je treba pregledni sistem nastaviti glede na dejansko geometrijo dela, porazdelitev točk merjenja, ciljne dopustne odstopanja, takt proizvodnje in zahtevane vmesnike za podatke.

Pogosto zastavljena vprašanja

V1. Zakaj je pomembna povezava z meritvami na koordinatnih merilnih strojih (CMM)?

Koordinatni merilni stroj se običajno uporablja kot referenca za preverjanje dimenzij. Sistem za spletno nadzorovanje bi moral biti primerjan z dogovorjeno referenčno metodo merjenja, da se ugotovi, kako dosledno ustrezajo njegovi rezultati referenčnim vrednostim.

Objavljena specifikacija korelacije CMM je ±0,1 mm. Pred sprejetjem projekta je treba določiti metodo primerjave, velikost vzorca, mesta merjenja, okoljske pogoje in izračun, ki se uporabi za oceno korelacije.

Določena študija korelacije pomaga zagotoviti, da se meritve na proizvodni liniji in rezultati meritev v kakovostnem oddelku lahko enotno razlagajo.

V2. Ali temperaturne spremembe bistveno vplivajo na merjenje karoserije brez opreme?

Temperaturne spremembe lahko vplivajo na delovni kos, montažno konstrukcijo ter relativne položaje optičnih komponent.

Sistem uporablja referenčne tarče, nameščene nasproti kameram, za sledenje položajem tarč in kompenzacijo določenih majhnih sprememb položaja. To lahko izboljša stabilnost, vendar ga ne smemo obravnavati kot popolno rešitev za vse napake, povezane z temperaturo.

Za proizvodne aplikacije je treba skupaj oceniti stabilnost kalibracije, konstrukcijsko togost in okoljske razmere. Hkrati z dimenzionalnimi podatki zapisovanje temperature pomaga tudi pri razlagi dolgoročnih merilnih trendov.

Ali se več kamer med meritvijo med seboj motijo?

Sistem uporablja merilno postavitev z več kamerami, pri kateri vsaka kamera opazuje slikovne značilnosti, povezane z več merilnimi točkami. Posamezne točke merijo več kamere in njihove trodimenzionalne koordinate izračunajo z uporabo geometrije več pogledov.

Kamere zagotavljajo prekrivajoče opazovanje namesto, da bi se le tekmovali med seboj. Za dosego zanesljivih rezultatov so ključnega pomena ustrezna postavitev kamer, kalibracija in vidnost.

Vprašanje 4. Zakaj je ciklus opreme 30–60 sekund, če slike merijo le 10–20 sekund?

Čas merjenja slik pomeni čas, ki ga sistem potrebuje za obdelavo pridobljenih slik in izračun rezultatov merjenja.

Celoten ciklus opreme lahko vključuje tudi prihod delovnega predmeta, pozicioniranje, pridobivanje slik, premike opreme in druge krmilne ukrepe.

Za načrtovanje proizvodne linije je treba za oceno zmogljivosti in za odkrivanje morebitnih ovir uporabiti celoten čas cikla.

Vprašanje 5. Ali sistem lahko pregleduje različne modele karoserij brez opreme (body-in-white)?

Objavljeni sistem podpira konfigurabilne obsege pregleda po želji uporabnika ter vnaprej določene programe z enostavnim preklopom modela z enim klikom.

Praktični obseg modelskih prilagoditev je odvisen od pokritosti s kamero, definicij merilnih točk, pritrdilnih elementov, zahtev za kalibracijo ter razlik med geometrijami delovnih kosov. Namenjeno družino modelov je treba pregledati že v fazi načrtovanja projekta.

Zaključek

Spletna dimenzionalna preverjanja karoserije brez notranjosti pomagajo avtomobilskim proizvajalcem spremljati kritične položaje lukenj in geometrijske značilnosti med izdelavo. S kombinacijo podpikselne ujemanja predlog, popravka glede na referenčne tarče ter izračuna trodimenzionalnih koordinat z večkamernimi sistemi je sistem zasnovan za podporo samodejnemu dimenzionalnemu merjenju pri velikih karoserijskih strukturah.

Objavljene specifikacije vključujejo natančnost merjenja ±0,1 mm, natančnost ponovnega merjenja ±0,02 mm, korelacijo z koordinatnim merilnim strojem (CMM) ±0,1 mm ter ciklusni čas opreme 30–60 sekund. Končno zmogljivost je treba potrditi z kalibracijo, korelacijskimi študijami ter validacijo v predstavnih proizvodnih pogojih.

Big Bird Industrial, prej Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., ponuja rešitve za vizualni pregled s pomočjo strojne opreme za avtomobilsko proizvodnjo, vključno z geometrijskim merjenjem velikih konstrukcijskih komponent. Končna konfiguracija sistema naj bo izbrana na podlagi zahtevanih točk merjenja, dopustnih odmikov, taktov proizvodnje in zahtev za kakovostne podatke.