Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Oko za oko: kontrola ojnic pro osobní vozidla pomocí Cognex In-Sight

Co dělá z ojnice dobrou ojnici? Přesnost. Pro kontrolu přesnosti oka ojnice ale lidské oko nestačí. Inteligentní systémy strojového vidění „padly do oka“ konstruktérům zku­šebních zařízení v kovárně Schmiedetechnik Plettenberg, kde se vyrábějí komponenty pro přenos síly u moderních motorů.
 
V porovnání s dneškem byly zážehové a vznětové motory ještě před dvaceti až tři­ceti lety „kusy železa“. Zatímco dříve byl k dosažení výkonu 135 kW potřebný spalo­vací prostor 2,5 l, v současné době k tomu (u špičkového motoru) stačí 1,4 l. Zvýšení poměru výkonu k objemu spalovacího prosto­ru je enormní. Ovšem tento vývoj je možný jen díky přesnému technickému zpracování všech komponent motoru. To se týká také oj­nice, která je důležitým spojovacím článkem pro přenos síly z pístu na klikovou hřídel. Při výrobě ojnic je nutná účinná kontrola kvality.
 
Koncepce a konstrukce zařízení pro kon­trolu ojnic v kovárně Schmiedetechnik Plet­tenberg GmbH & Co. KG pocházejí od firmy IMR Gesellschaft für Prozessleit- und Automatisierungstechnik mbH. Zařízení testuje ojnice pro osobní vozidla s použitím moder­ní techniky strojového vidění Cognex součas­ně z hlediska různých rozměrových a tvaro­vých charakteristik.
 

Výroba ojnic

 
Dosáhnout stejného výkonu při men­ším zdvihovém objemu lze větší kompre­sí. Pro to je ale potřebné dobré mazání mo­toru a zmenšení vůlí v ložiskových pouz­drech ojnice. To staví výrobu ojnic před nové požadavky. Tam, kde působí velké síly, je nutné pracovat s minimálními tolerancemi. Ovšem při kovací teplotě materiálu přibliž­ně 1 280 °C reaguje ocel C70 (speciální ocel určená na ojnice spalovacích motorů) na me­chanické tvářecí procesy nanejvýš citlivě. I přes použití speciálních výrobních postupů se při kování ojnic může stát, že je tloušťka výkovků v určitých částech příliš velká nebo příliš malá. Při automatizo­vaném kování v zápustce vzniká tzv. přesazení, kdy horní a dolní zápustka ne­jsou přesně proti sobě. Tato chyba je v rozsahu setin, za určitých okolností i desetin milimetru. Také během ná­sledující kalibrace výkovku se ojnice nerovnoměrně za­hřívá a tím vznikají nepatrné odchylky rozměrů a hmot­nosti.
 

Záruka kvality

 
Zaručit dobrou kvalitu je pro dodavatele ojnic napros­to nezbytné. Odchylky roz­měrů, tvaru a polohy se běž­ně měří měřicími stroji. To je však časově náročné. Zde popsané zaří­zení pro kontrolu ojnic bylo prvním projek­tem, u něhož byl pro automatizovanou kon­trolu ojnic použit systém strojového vidění. Také pro IMR, partnerského systémového in­tegrátora firmy Cognex, to bylo první zaříze­ní pro kontrolu ojnic.
 
Problémem bylo zajistit dostatečnou opa­kovatelnost výsledků měření kovaných dílů s poměrně hrubým povrchem. S tímto úko­lem se konstruktéři IMR bravurně vyrovna­li, a opakovatelnost výsledků měření rozměrů je tak na vynikajících třech setinách milime­tru. Na základě jejich dlouholetých zkuše­ností v oblasti koncepce a konstrukce mani­pulačních a zkušebních zařízení se jim již po krátké době podařilo zařízení uvést do pro­vozu. V dnešní době se na zařízení kontrolu­je 4,5 milionu ojnic ročně (obr. 1).
 

Úplná kontrola

 
Již před optickým zkušebním zařízením jsou ojnice podrobeny prvním zkouškám. Po otryskání pískem a první vizuální kontro­le následuje magnetická prášková kontrola, pomocí níž jsou vyhledávány jemné vlasové trhliny. Předtím, než se díly dostanou do za­řízení pro optickou kontrolu ojnic, jsou zvá­ženy. Tolerance jsou stanoveny na ±6 g. Do­pravník ojnice srovná do stejné polohy a do­praví je do zařízení, kde jsou kontrolovány opticky (obr. 2). Na jeho vstupu jsou dete­kovány světelnou závorou, která zkontroluje polohu a orientaci. V první stanici pro zpra­cování obrazu měří systémy pro strojové vi­dění Cognex In-Sight 5403 (2 Mpx) a 5401 vybavené telecentrickými objektivy (obr. 3, obr. 4) délky a šířky ojnic a rovněž soustřed­nost oka pro klikovou hřídel s osazením na ojnici a gravurou. Specifikace ojnice se urču­je na základě vzdálenosti středu oka ojnice od určené referenční hrany; podle ní se určí po­žadovaná délka a šířka ojnice. Na následují­cí stanici rozeznává systém Cognex In-Sight 5400 pomocí funkce OCR číslice doplňko­vého charakteristického čísla, vykovaného na horní straně dílce.
 
Ke snímání obrysů dílce je určeno zadní osvětlení, pro zjištění gravury a čtení charak­teristických čísel se používá přední nasvětle­ní červeným světlem; v obou případech jsou zdrojem světla LED.
 
Pro dosažení co nejvyššího stupně spoleh­livosti kontroly se ojnice testují dvěma para­lelními cestami. Získané snímky se detailně vyhodnocují a následně se oba obrazy porov­návají v počítači. Tím se již v prvním kroku kontroly dosahuje stoprocentního záchytu ne­shodných dílů.
 
Poslední kontrolní stanice měří rozměry oj­nice (šířka a výška H-profilu) prostřednictvím laserové triangulace. K tomu jsou určeny dvě maticové kamery Cognex In-Sight typu 5401 a 5400 s rozlišením VGA. Měří se poloha oka pro klikovou hřídel a pro pístní čep, kontroluje se symetrie a průhyb dříku ojnice.
 

Robustní systém

 
Systémy pro zpracování obrazu Cognex se osvědčily v náročném průmyslovém prostře­dí. Robustní pouzdro z tlakově litého hliníku a ušlechtilé oceli zajišťuje odolnost proti ne­příznivým vlivům. Kamery jsou také odolné proti vibracím. Celé pouzdro, včetně konek­torů M12, je utěsněno proti prachu.
 
Technika Cognex tak v zařízeních pro kontrolu kvality v kovárně Schmiedetechnik Plettenberg zajišťuje mimořádnou spolehli­vost při nízkých nákladech na údržbu. Výsle­dek spolupráce expertů v oboru kování a spe­cialistů na strojové vidění je zřejmý: vynika­jící ojnice pro vysoce výkonné motory, které hned tak něco nevyvede z klidného chodu.
Další informace zájemci naleznou na ad­rese www.cognex.com.
Ralf Baumann
 
Obr. 1. Kontrolované díly – výkovky ojnic
Obr. 2. Celkový pohled na měřicí stanici
Obr. 3. Systémy pro strojové vidění Cognex In-Sight 5401 a 5403 kontrolují rozměry a odchylky tvaru a polohy ojnic
Obr. 4. Pro přesné měření je nutná kvalitní optika: kamery jsou vybaveny měřicími tele­centrickými objektivy