Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
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.
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