BLISK

Napravi za vizuelno inspekcijo aluminijastih odlitkov

Posamezni sklopi avtomobilskega motorja so v večini izdelani iz aluminija s postopkom litja. Eden izmed takšnih delov je tudi ohišje turbopolnilnika. Lita ohišja turbopolnilnikov potrebujejo dodatno strojno obdelavo, ki pa v visoko avtomatiziranem procesu ni nujno izvedena uspešno – lahko pride do napak v obdelavi, loma komada, itd. S pomočjo vizualne kontrole lahko slabo obdelane komade ali poškodovane komade izločim.

Projekt je razdeljen na dva dela, in sicer vizualna kontrola ohišja turbopolnilnika TSAN in vizualna kontrola ohišja turbopolnilnika HSO. V primeru komada TSAN z vizualno kontrolo preverjamo pojav plinske poroznosti pri že obrušenem komadu. V skladu z danim vizualnim kriterijem lahko napaka zajema največ 2% skupne površine obrušenega kanala. Slika 1 prikazuje obrušen komad. Merjenje pojava plinske poroznosti pri litju komada TSAN  opravimo s čelno kamero, ki je nameščeno pravokotno na brušeno površino komada.

Slika 1: Obrušeni komad TSAN

V primeru komada HSO z vizualno kontrolo merimo obdelane površine in druge značilnosti komada, s katerimi ocenimo, ali je strojna obdelava bila ustrezno izvedena. Primernost komada ocenjujemo glede na štiri merjene karakteristike: prebitost lukenj (prikazano na Sliki 2a), koncentričnost izvrtine (prikazano na Sliki 2b), premer izvrtine (prikazano na Sliki 2c), in višino komada (prikazano na Sliki 2d). Vizualni kriterij je določen z dimenzijami in tolerancami s strojne risbe komada.

Slika 2: Komad z označenimi značilnostmi: a) merjenje prebitosti lukenj, b) merjenje koncentričnosti, c) merjenje premera, d) merjenje višine

V nadaljevanju sta napravi za vizualno kontrolo ohišij turbopolnilnikov podrobno opisani.

Vizualna kontrola ohišja turbopolnilnika TSAN

Problem vizualne kontrole ohišja TSAN je predvsem zagotavljanje enakomerne osvetlitve. Brušeni deli komada imajo visoko odbojnost, kar pa lahko ob spremenljivi svetlobi hitro vodi do zasičenja oz. prenizke osvetlitve komada. Iz tega razloga je bil izdelan tunel, v katerem se nahaja ustrezna LED osvetlitev in napajalnik ter kamera, na drugem koncu pa ležišče za namestitev komada.

Ležišče nam zagotavlja, da je nameščeni komad vedno na istem mestu oz. je napaka pozicije komada na zajeti sliki minimalna. V primeru premaknitve ležišča lahko pride do nedelovanja programske opreme vizualne kontrole.

Naprava

Naprava za vizualno kontrolo ohišja TSAN je v obliki tunela. Ohišje je izdelano z Al profilov in je vijačeno. S stranicami iz neprosojnega materiala (uporabljeno je črno pleksi steklo) lahko zagotovimo, da je brušeni del komada osvetljen le z namensko LED osvetlitvijo. Izdelano ohišje se nahaja na Sliki 3.

Slika 3: Izdelana naprava za vizualno kontrolo ohišja TSAN s sneto stransko ploščo

Namenska LED osvetlitev je nameščena okrog kamere in oddaja svetlobo pravokotno na brušeno površino komada. Svetlobni difuzor večjih dimenzij nam omogoča, da komad enakomerno osvetlimo. Na Sliki 3a je prikazana izdelana namenska LED osvetlitev. Izdelana LED osvetlitev je napajana z industrijskim napajalnikom (230V/5V), ki je nameščen ob osvetlitvi. Osvetlitev vklopimo s stikalom, ki je nameščeno na sprednjem delu tunela, kot to prikazuje Slika 3b. LED osvetlitev je v času vizualne kontrole neprestano vklopljena.

Slika 4: a) Nameščena LED osvetlitev, kamera in napajalnik LED osvetlitve, b) nameščeno stikalo za vklop osvetlitve (levi zgornji kot)

Uporabljena je kamera Basler z lečo.

Programska oprema

Programska oprema vizualne kontrole temelji na programskem okolju NI LabVIEW z dodatnima moduloma Vision in Vision Acqusition. V nadaljevanju je opisan algoritem vizualne kontrole in uporabniški vmesnik.

Algoritem vizualne kontrole

S pritiskom na gumb v uporabniškem vmesniku zajamemo sliko. V drugem koraku preverimo, če je zajeta slika ustrezna (primerna osvetlitev) in ali je v času zajema prišlo do napake kamere. V tretjem koraku poiščemo komad in izdelamo delno sliko. Komad oz. interesno področje (ang. Region Of Interest, ROI) bo zaradi večje odbojnosti bolj svetlo na zajeti sliki. Svetle dele izluščimo, določimo položaj in zasuk komada ter zadnjega ustrezno kompenziramo. Na izrezani delni sliki v četrtem koraku poiščemo temne lise, ki nam predstavljajo pojav plinske poroznosti. Ker nas zanima le notranjost oz. brušen kanal, temne lise množimo s predlogo. S pravilno načrtano predlogo lahko izločimo tudi robove kanala, kjer zaradi globine le-tega pride do nezaželenih senc. V zadnjem koraku ocenimo skupno površino poškodb zaradi plinske poroznosti in glede na vizualni kriterij ocenimo ali je komad dober ali slab. Podatke o komade izrišemo na skupno sliko, ki jo tudi prikažemo uporabniku. Zajete slike komadov lahko tudi shranimo. Primer rezultata je prikazan na Sliki 4.

Slika 5: Primer zajete in obdelane slike komada.

Uporabniški vmesnik

NI LabVIEW nam omogoča gradnjo uporabniškega vmesnika. Izdelan uporabniški vmesnik je prikazan na Sliki 5. Uporabniški vmesnik je sestavljen iz prikazovalnika rezultatov, zavihkov z nastavitvami, prikazovalnika stanja, prikazovalnika napak, gumba za zajem slike in gumba za zapiranje aplikacije. Na prikazovalniku rezultatov je prikazana zajeta slika z detektiranimi področji, kjer se je pojavila plinska poroznost. Zraven slike se izpiše še zaporedna številka slike (štetje slik se začne z 0), izračunana skupna površina napake, ki nam lahko služi za prilagajanje vizualnega kriterija, in datum ter ura zajema slike. Napako označuje rdeč krog na prikazani sliki rezultatov. Prikazana slika se lahko tudi shrani, če to uporabnik izbere v nastavitvah shranjevanja. Med nastavitvami imamo možnost izbrati kamero, ki smo jo pred tem prepoznali v okolju NI Max (del LabVIEW paketa). Prav tako imamo možnost nastaviti minimalno površino skupne napake v slikovnih točkah. V nastavitvah shranjevanja lahko vklopimo oz. izklopimo avtomatsko shranjevanje rezultatov. Po privzetem je ta možnost izklopljena. Na prikazovalniku stanja prikazujemo trenutno stanje naprave. S pritiskom na gumb za zajem slike se zeleno obarva indikator »Zajem in obdelava«. Ta signalizira, da smo zajeli in analizirali sliko. V kolikor je detektirana napaka na opazovanem komadu, se indikator »Napaka« obarva rdeče. V nasprotnem primeru se obarva zeleno. V področju signalizacije napak prikažemo, ali imamo težave s kamero (indikator Cam Error) ali zajemom (indikator Acq Error). V prikazovalniku napak, ki je del področja signalizacije napak, prikažemo napake, ki jih program avtomatsko zazna med izvajanjem in nam lahko pomagajo pri razhroščevanju.

Slika 6: Uporabniški vmesnik vizualne kontrole ohišja TSAN

Programska oprema v okolju NI LabVIEW je pripravljena tako, da se nastavitve, ki jih vnesemo preko uporabniškega vmesnika, samodejno shranijo ob zapiranju aplikacije. Ob zagonu aplikacije se nato shranjene nastavitve samodejno povrnejo.

Potek vizualne kontrole in rezultati

Vizualno kontrolo izvajamo po diagramu, ki je prikazan na Sliki 6.

Slika 7: Potek vizualne kontrole

  1. Korak: vklopimo LED osvetlitev (izvedemo prvič).
  2. Korak: zaženemo aplikacijo (izvedemo prvič), po želji omogočimo shranjevanje slik z napakami (izvedemo prvič).
  3. Korak: namestimo komad, kot prikazuje Slika 7 in ga zvrtimo v položaj, kot ga prikazuje Slika 8.
  4. Korak: s pritiskom na gumb zajamemo sliko in jo obdelamo.
  5. Korak: glede na rezultat vizualne kontrole ustrezno razvrstimo opazovan komad.

Slika 8:Namestitev komada v ležišče.

Slika 9: Nameščen komad zarotiramo v nasprotni smeri urinega kazalca, da brušeni del gleda proti kameri in LED osvetlitvi.

Slika 8 prikazuje slabi komad in Slika 9 prikazuje mejni komad.

Slika 10: Primer rezultatov opazovanja slabega komada

Slika 11: Primer rezultatov opazovanja mejnega komada.

Vizualna kontrola ohišja turbopolnilnika HSO

Pri vizualni kontroli komada HSO je potrebno izvesti meritev štirih značilnosti komada. Izziv je zagotavljanje primerne osvetlitve. Ležišče nam zagotavlja, da je nameščeni komad vedno na istem mestu oz. je napaka pozicije komada na zajeti sliki minimalna. V primeru premaknitve ležišča lahko pride do nedelovanja programske opreme vizualne kontrole. Ležišče nam tudi služi za zagotavljanje enakomerne osvetlitve.

Naprava

Konstrukcija naprave za vizualno kontrolo ohišja HSO je sestavljena iz Al profilov in je vijačena. Na samo konstrukcijo so nameščene kamere, LED osvetlitev in napajalniki (230V/5V in 230V/24V). Izdelana konstrukcija se nahaja na Sliki 12.

Za merjenje prebitosti izvrtin je pripravljena LED osvetlitev iz zadnje strani (ang. backlight). Za merjenje premera in koncentričnosti je pripravljena krožna osvetlitev v smeri pogleda kamera. Za opazovanje višine pa potrebujemo zaslon bele barve za komadom, ki nam omogoča dovolj veliki in konstanti kontrast pri ocenjevanju višine.

Slika 12: Konstrukcija naprava za vizualno kontrolo ohišja HSO

Programska oprema

Programska oprema vizualne kontrole temelji na programskem okolju NI LabVIEW z dodatnima moduloma Vision in Vision Acqusition. V nadaljevanju je opisan algoritem vizualne kontrole in uporabniški vmesnik.

Algoritem vizualne kontrole

S pritiskom na gumb v uporabniškem vmesniku zajamemo vse potrebne slike in jih sočasno obdelamo. Prebitost izvrtin izmerimo s pomočjo detekcije svetlih področij. Koncentričnost izmerimo z detekcijo notranjega in zunanjega kroga ter primerjave centrov detektiranih krogov. Premer izmerimo z detekcijo izvrtine, pri merjenju višine pa primerjamo značilnosti z virtualno premico in ocenimo odstopanja. V zadnjem koraku slike združimo in izpišemo vrednosti napak ter rezultate prikažemo.

Uporabniški vmesnik

NI LabVIEW nam omogoča gradnjo uporabniškega vmesnika. Izdelan uporabniški vmesnik je prikazan na Sliki 13. Uporabniški vmesnik je sestavljen iz prikazovalnika rezultatov, zavihkov z nastavitvami, prikazovalnika stanja, prikazovalnika napak, gumba za zajem slike in gumba za zapiranje aplikacije. Na prikazovalniku rezultatov so prikazane vse štiri zajete in obdelane slike. Zraven posameznih slik se izpišejo še rezultati meritev in detekcije. Napako označujejo rdeči krog na prikazani sliki rezultatov. Prikazana slika se lahko tudi shrani, če to uporabnik izbere v nastavitvah shranjevanja. Med nastavitvami imamo možnost izbrati kamere, ki smo jo pred tem prepoznali v okolju NI Max (del LabVIEW paketa). Prav tako imamo možnost nastaviti vizualni kriterij ocenjevanja ustreznoti pod zavihkom »Nastavitve kontrole«. V nastavitvah shranjevanja lahko vklopimo oz. izklopimo avtomatsko shranjevanje rezultatov. Po privzetem je ta možnost izklopljena. Na prikazovalniku stanja prikazujemo trenutno stanje naprave. S pritiskom na gumb za zajem slike se zeleno obarva indikator »Zajem«. Ta signalizira, da smo zajeli in analizirali sliko. V kolikor je detektirana katerakoli napaka na zajetih štirih slikah, se indikator »Napaka« obarva rdeče. V nasprotnem primeru se obarva zeleno. V področju signalizacije napak prikažemo, ali imamo težave s kamero (indikatorji »Napaka zajema«) ali so bile detektirane napake tekom vizualne kontrole (indikatorji »Napaka«). V prikazovalniku napak, ki je del področja signalizacije napak, prikažemo napake, ki jih program avtomatsko zazna med izvajanjem in nam lahko pomagajo pri razhroščevanju.

Slika 13: Uporabniški vmesnik z označenimi elementi

Potek vizualne kontrole in rezultati

Vizualno kontrolo izvajamo po diagramu, ki je prikazan na Sliki 6.

Slika 14: Potek vizualne kontrole

  1. Korak: vklopimo LED osvetlitev (izvedemo prvič).
  2. Korak: zaženemo aplikacijo (izvedemo prvič), po želji omogočimo shranjevanje slik z napakami (izvedemo prvič).
  3. Korak: namestimo komad na ležišče.
  4. Korak: s pritiskom na gumb zajamemo sliko in jo obdelamo.
  5. Korak: glede na rezultat vizualne kontrole ustrezno razvrstimo opazovan komad.

Sklep

Izdelali smo dve napravi za vizualno kontrolo ohišij turbopolnilnika in jih preizkusili v testnem okolju. Razviti napravi služita za nadzor kakovosti litja komadov oz. strojne obdelave odlitih komadov. S pomočjo razvitih naprav lahko zmanjšamo izmet in pravočasno odpravimo napake na obdelovalnih strojih.