Preverjanje plošče ventilov: 79 prebojnih lukenj in težava z tolerančnim pasom

Pregled

Plošča s ventilom je ploska sestavna enota z velikim številom lukenj, ki morajo vse biti na pravih mestih. Sestavna enota je majhna, število lukenj visoko, tolerančni pas pa tako ozek, da že ena premaknjena vrtina naredi celotno ploščo neuporabno. Ročni pregled je počasen, naključni vzorčni pregled pa brezpredmeten: napaka nastane pri vrtanju, zato je vsaka plošča bodisi brezhibna bodisi ne.

Big Bird Industrial (nekdanja Shimada Big Bird Industrial) zagotavlja sisteme za dimenzionalni in napakami temelječi pregled avtomobilskih komponent od leta 2001. V tem članku je opisano, kako se pregleda plošča z 79 luknjami v enem samem prehodu, zakaj tolerančni pas – ne število lukenj – določa optično konstrukcijo ter kako zapisati sprejemne kriterije, ki preživijo revizijo.

1. Zakaj število lukenj določa arhitekturo

Ploščo z tremi luknjami je mogoče pregledati z eno samo kamero in pritrdilno napravo. Ploščo z devetinsedemdeset luknjami pa ni mogoče, in sicer iz preprostega razloga: vidno polje, potrebno za opazovanje celotne plošče pri ločljivosti, ki je potrebna za merjenje položaja luknje, je večje, kot ga lahko posamezna kamera zagotovi pri tej ločljivosti.

Praktična rešitev je večkamerna postaja, ki slikovno zajema ploščo v prekrivajočih se ploščicah ter združuje meritve v en koordinatni sistem. Alternativa – ena sama kamera na premični podlagi – omogoča višjo ločljivost, vendar na račun časa cikla; čas cikla pa je druga omejitev.

Ko je arhitektura večkamerna, se kalibracijski problem spremeni v glavno inženirsko nalogo. Vsaka kamera ima svojo lastno distorzijo, svoj lasten položaj glede na ploščo in svojo lastno negotovost meritve. Sistem je dober le toliko, kolikor je dobro združevanje, združevanje pa je dobro le toliko, kolikor je dober kalibracijski predmet.

2. Kaj je treba izmeriti na vsaki luknji

Za vsako luknjo so pomembne tri količine, ki imajo različne dopustne odstopanja.

Delovno mesto

Središče luknje glede na referenčne značilnosti plošče. To je dopustno odstopanje, ki določa, ali se plošča tesni in ali se priključni del pritrdi z vijaki.

Premer

Merjeno kot ekvivalenten krog ali kot najmanjši včrtani krog, odvisno od risbe. Izbira je pomembna pri izrezanih ali izvrtanih luknjah z rahlim stožcem: ti dve definiciji se lahko razlikujeta za več kot dopustno odstopanje.

Oblika

Zakroženost in prisotnost ostrice. Luknja, ki izpolnjuje zahteve glede položaja in premera, vendar ima na izhodni strani ostrico, se ne bo tesnila; ostrica pa je ravno tisto, kar dvodimenzionalni zgornji pogled ne more zaznati.

3. Pas dopustnih odstopanj določa optiko

Pravilo je preprosto in pogosto prezrto: negotovost meritve mora biti del dopustne tolerance, ne pa del mere samega predmeta. Če je dopustna odstopanja za lego ±0,05 mm, sistem z negotovostjo 0,03 mm ni primeren, saj bo z enako verjetnostjo zavrgel dobre dele in sprejel slabše.

Dve izmed teh zahtev sta optični, ena pa mehanska. Ploščica, ki ni pritrjena ravno in ponovljivo, se med kalibracijo in meritvijo premakne, in nobeno pod-pikselno prileganje robov ne bo obnovilo izgubljene natančnosti.

4. Čas cikla: Kam izginejo sekunde

Preverjanje ploščice z 79 luknjami ne traja dolgo na vsako luknjo. Traja dolgo na vsako ploščico, pri čemer je čas predvsem odvisen od treh dejavnikov: zajemanja slike, obdelave slike in rokovanja. Zajemanje je omejeno s časom izpostavljenosti in številom ploščic; obdelava se povečuje z razmerjem števila lukenj in zapletenosti prileganja; rokovanje pa vključuje vse stroške nalaganja, lociranja in izvažanja ploščice.

Uporabna inženirska rešitev je prekrivanje teh korakov. Zajemanje druge ploščice lahko poteka, medtem ko se prva ploščica obdeluje, in ploščico lahko lociramo že med tem, ko se še vedno premika v željeno lego. Sistem, zasnovan kot stroga zaporedja, bo večkrat počasnejši od sistema, zasnovanega kot cevovod, pri enaki strojni opremi.

5. Merila za sprejem ploščice z več luknjami

Preverjanje dimenzij z sprejemnim preskusom ni predstavitev. Gre za meritve sistema glede na znani referenčni predmet, ki se izvedejo dovoljkrat, da se določi negotovost.

6. Kje ti sistemi v praksi odpovedujejo

Pogoste napake redko nastopajo na optičnem področju. Naprava, ki se obrabi, premakne ploščo za več kot dopustno odstopanje znotraj enega leta. Kalibracijski predmet, ki se izmeri enkrat in nato shranjuje, se zaradi temperaturnih sprememb premakne. Osvetlitvena enota, ki se starajo, premakne mejo roba in spremeni izmerjeni premer za nekaj mikronov – kar je dovolj pri tesnih dopustnih odstopanjih.

Zaščita je vzdrževalni načrt, ki obravnava kalibracijo, stanje pritrdilne naprave in osvetlitev kot porabne materiale, ne pa kot naloge ob vzpostavitvi sistema. Sistem, ki se preverja mesečno z referenčnim predmetom, se počasi in vidno premakne; sistem, ki se preveri le enkrat, pa brez glasu odpove.

7. Ko je plošča del sklopa

Ventilska plošča redko deluje sama. Nahaja se med tesnilom, ohišjem in pokrovom, pomembne pa so tiste luknje, ki se morajo skladati skozi celoten sklop. To spremeni vprašanje nadzora iz »ali je ta luknja znotraj dopustnega odstopanja« v »ali se bo ta luknja ujemala z delom nad njo« – kar pa nista isti vprašanji.

Praktična posledica je, da se mora referenčna točka za sklopljeno sestavo deliti. Če se plošča meri glede na tri pozicionirne luknje, sestava pa se gradi iz zunanje robovne površine, se oba koordinatna sistema v teku proizvodnje postopoma razmakneta in plošča lahko ostane popolnoma znotraj toleranc, medtem ko se sklop nepravilno poravna.

Razmišljanje v sklopih spremeni tudi to, kaj velja za napako. Ostrica na izhodni strani luknje, ki obrne proti tesnilu, bo stisnila tesnilo in ustvarila pot uhajanja, medtem ko ista ostrica, ki obrne proti odprti votlini, ni škodljiva. Zato lahko dve identični plošči imata različna sprejemna merila glede na njuno orientacijo, postaja pa mora vedeti, katera stran je katera.

Nazadnje zahteva nakladanje tudi ravnost, ki jo pri samostojni preverbi plošče pogosto izpustijo. Plošča, ki je znotraj tolerance pri vsakem posameznem odprtini, vendar je ukrivljena za desetinko milimetra, se ne bo tesnila pravilno in nastala puščanja se bodo pripisala tesnilu namesto plošči. Merjenje ravnosti na isti postaji, pri čemer je plošča v prostem stanju, to vrzel odpravi po ceni enega dodatnega senzorja.

8. Vključena celica ali samostojna celica

Odločitev o namestitvi se običajno sprejme na podlagi razpoložljive površine na tleh, vendar bi jo morali sprejeti na podlagi podatkov. Vključena postaja prejme takt linije in njeno rokovanje, kar pomeni, da ni potrebno dodatno delovno mesto za nalaganje in ni čakalne vrste; samostojna celica pa lahko deluje s svojo lastno hitrostjo in preverja dele iz več linij, kar je pomembno, kadar so proizvodne količine neenakomerni.

Odločilno število je, koliko delov na uro zahteva dimenzionalno zanesljivost. Če je treba preveriti vsako ploščo, je vgrajena rešitev edina ekonomsko smiselna možnost, saj so stroški rokovanja že pokriti. Če je dovolj vzorec na serijo, bo samostojna celica z boljšo pritrditvijo in več časa na del doseгла manjšo negotovost po nižji ceni.

Praktična hibridna rešitev je prav tako pogosta: vgrajena postaja, ki meri kritične značilnosti na vsakem delu, in izvenvrtljna celica, ki nadzoruje celotno risbo na vzorcu. Vgrajena postaja zazna odmike, izvenvrtljna celica potrjuje zmogljivost, pri čemer nobena ne predstavlja kompromisa.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali lahko ena kamера pregleda vseh 79 lukenj?

Le, če je dopustna natančnost dovolj ohlapna, da širok kot pogled še vedno loči rob do deleža dopustne natančnosti. V praksi se omejitve za natančnost in veliko število lukenj nasprotujeta, zato je združevanje slik z več kamerami standardna praksa.

Ali je osvetlitev iz ozadja vedno boljša za merjenje lukenj?

Za premer običajno ja, ker silhueta daje čist rob. Za ostroge in stanje površine pa ne: silhueta skrije vse na površini, zato je potreben drug način slikanja, če je treba zaznati ostroge.

Kako pogosto naj se sistem ponovno kalibrira?

Preveriti ga je treba v določenih intervalih s pomočjo referenčnega predmeta, pri čemer naj ponovna kalibracija temelji na rezultatu preverjanja, ne le na koledarskem času.

Ali lahko ista postaja preveri tudi sestavo po zaključku?

Da, če je plošča nameščena v isti pritrdilni napravi in če jo kamera lahko vidi sestavljene elemente. Kombinacija dimenzionalnih in sestavnih preverjanj na eni postaji prihrani korak ročnega ravnanja, kar je običajno največji posamezen časovni strošek.

Zaključek

Plošča z 79 luknjami je merilni problem, ki se preobleče v nadzorni problem. Število lukenj določa arhitekturo, dopustni razpon natančnosti določa optiko, pritrdilna naprava pa določa, ali bo katera od obeh komponent preživela eno leto proizvodnje.

Najprej določite negotovost, nato čas cikla in nazadnje strojno opremo. Sistemi, ki so zgrajeni v tem vrstnem redu, so sprejeti že ob prvi poskusu; sistemi, ki so zgrajeni v obratnem vrstnem redu, se mesece razpravljajo.