Optyczne wypierają ręczne

VRod Harley-Davidson jest ostatnio jednym z najbardziej poszukiwanych modeli w całej historii motocykli. Uzbrojony w sportowy, chłodzony cieczą silnik 608V-Twin Revolution o mocy 115 KM, 1130 cm3 (opracowany wspólnie z firmą Porsche), wytłaczaną hydraulicznie ramę obwodową, osłonę radiatora z dwoma bliźniaczymi wirowymi wlotami powietrza i potrójne hamulce tarczowe, V-Rod jest nie tylko bogato wyposażonym, lecz również pięknym motocyklem.

Jak każda dobrze wykonana maszyna motocykl nie pojawił się na scenie fait accompli. Silnik do V-Rod był dla Harleya-Davidsona nowym produktem. W procesie zwiększania efektywności produkcji silnika inżynierowie zastąpili kontrolę ręczną procesem wykorzystującym system optyczny (wizyjny).

Pracując z integratorami systemu Harley-Davidson zajął się problemem wstępnej kontroli. Zamontował kamerę DVT w sterowanym serwomechanizmem siłowniku liniowym, podłączonym do suwaka pneumatycznego o trzech różnych położeniach, w których w bloku przekazywania napędu znajdują się sprężynujące pierścienie zabezpieczające.

Był to jednak dopiero pierwszy krok w opracowaniu kontroli opartej na systemie wizyjnym, ponieważ obszar roboczy był za mały, aby pomieścić kamerę o gabarytach 60×30 mm. Aby rozwiązać ten problem, na ślizgaczu pneumatycznym pomiędzy prasą
a blokiem silnika zamontowano lusterko, umożliwiające rejestrowanie obrazu przez kamerę.

I chociaż rozwiązano zagadnienie kontroli łożyska i wału wyważającego oraz jednego ze sprężynujących pierścieni zabezpieczających, pozostałe dwa pierścienie powodowały problemy z oświetleniem dla systemu wizyjnego. W oprogramowaniu wizyjnym zastosowano więc filtry kompensujące warunki oświetleniowe. Na koniec, aby zagwarantować powtarzalność procesu kontroli, należało zidentyfikować punkt na sprężynujących pierścieniach zabezpieczających jako punkt odniesienia dla pomiarów wykonywanych przez kamerę. Pierścienie zabezpieczające, podobne kształtem do podkowy, mają dwa otwory w pobliżu szczeliny. W pierwszej chwili te otwory wydawały się najlepsze do ustalenia stałego położenia, ale kamera nie mogła pokazać panoramicznego obrazu każdego sprężystego pierścienia zabezpieczającego ze względu na ich położenie w obrębie przekładni. Należało sprawdzić inne opcje.

Dyrektor redakcji Control Engineering, David Greenfield, rozmawiał z inżynierem produkcji firmy Harley-Davidson, Danem Bruynem, aby dowiedzieć się więcej o sposobie podejmowania decyzji związanych z ustanowieniem procesu kontroli przekładni motocykla V-Rod.

 

Czy w kategoriach podejmowania decyzji inżynieryjnych projekt ten był dla was typowy? 

Na poziomie ogólnym podejmowanie decyzji było bardzo proste. W zakresie jakości – istniała możliwość wytwarzania materiału niespełniającego wymagań. Przeprowadziliśmy zatem burzę mózgów i przedyskutowaliśmy możliwe opcje, przechodząc cały proces podejmowania decyzji. Określiliśmy nakłady, jakie możemy ponieść, bazując na stopie zwrotu.

Na poziomie szczegółowym złożoność problemu połączenia wszystkich detali w jedną całość – w zakresie porozumiewania się systemu wizyjnego ze sterownikami programowalnymi i interfejsem operatora oraz połączenie i zmuszenie tych wszystkich interfejsów do współpracy – stanowiła bardziej unikatową część projektu. Proces podejmowania decyzji związanych z projektem nie był nowy, ale ponieważtechnologia jest nowa, konieczne okazało się posiadanie innej bazy wiedzy, aby zagwarantować, że to, co się robi, zostanie uwieńczone sukcesem.

Patrząc wstecz na moje doświadczenia z systemami wizyjnymi, myślę, że gdyby ktoś zaproponował wdrożenie systemu wizyjnego parę lat temu, wszyscy wpadliby w panikę. Należałoby liczyć się z kosztami rzędu 50 lub 100 tys. USD. Dlatego systemy wizyjne nie były brane pod uwagę jako ewentualne rozwiązanie. Nadal twierdzę, że nawet obecnie nie zawsze warto się na nie przestawiać, ponieważ w pewnych przypadkach znacznie łatwiej szybko zaprojektować i zbudować osprzęt, szczególnie do szybkich kontroli. W miarę jak technologia wizyjna staje się łatwiejsza do stosowania i bardziej przystępna finansowo, ten stan się zmienia. Obecnie można zamontować bardzo wydajny system wizyjny za około 2000 USD w rozsądnym czasie. Większość osprzętu i narzędzi, zwłaszcza gdy są one wykonane na zamówienie, jest jednak stosunkowo droga.

Natomiast system wizyjny stanowi lepsze rozwiązanie w dłuższej perspektywie, ponieważ można go ponownie wykorzystać w innymprojekcie. Osprzęt wykonany na zamówienie – wskaźnik stały lub narzędzie przeznaczone do wykonywania specjalnego pomiaru bądź kontroli – można wykorzystać tylko w projekcie, na potrzeby którego zostało zbudowane.

 

Która czynność okazała się trudniejsza dla inżyniera, ustawianie kamery czy oświetlenie?

Były jednakowo trudne, żadna nie była prosta i obie stanowiły indywidualne wyzwania, z jakimi nie miałem wcześniej do czynienia ani ja, ani integrator systemu. Jeśli chodzi o ustawianie, to wykonywaliśmy trzy kontrole, każdą w innym miejscu. Aby zmniejszyć stopień komplikacji, chcieliśmy zastosować jedną kamerę. Niestety, kontrolowany obszar nie otwiera się na zewnątrz, trudno się do niego dostać. Tę samą przestrzeń zajmują również inne urządzenia zautomatyzowane. Na przykład, aby wprowadzić kamerę do przeprowadzenia kontroli, należało wycofać prasę montującą łożysko. Następnie trzeba było usunąć kamerę z drogi, aby mogła wkroczyć prasa, i zamontować następny zespół łożyska i sprężynującego pierścienia zabezpieczającego.

Poradziliśmy sobie z tym, wykorzystując kilka różnych urządzeń przemieszczających: kamera jest wsuwana i wysuwana na siłowniku liniowym, a do ustawiania jej w każdym z trzech kontrolowanych miejsc wykorzystywany jest serwomotor.

Oświetlenie było niepowtarzalne, ponieważ zastosowaliśmy dwa rodzaje oświetlenia. Mieliśmy trzy pierścienie zabezpieczające, dwa z nich były montowane pomiędzy łożyskami. Zastosowaliśmy więc światło pierścieniowe, aby odbijało się od łożyska, i to działało bardzo dobrze. W aplikacjach wizyjnych lepiej jednak mieć przeciwoświetlenie, dlatego dla drugiego pierścienia zabezpieczającego, za którym nie było już łożyska, zastosowaliśmy źródło światła ultrafioletowego, które odbijało się od obudowy przekładni i podświetlało od tyłu drugi pierścień zabezpieczający. Ten proces nie był tak prosty, bo wcześniej próbowaliśmy sobie poradzić za pomocą tylko jednego źródła światła. Stwierdziliśmy jednak, że wykorzystując tę metodę uzyskamy znacznie bardziej powtarzalne wyniki, ponieważ przeprowadzamy dwie różne kontrole w tym samym czasie. 

Fot. V-Rod Harley-Davidson

 

A co z otworami w pierścieniach zabezpieczających, które stały się bezużyteczne jako punkty odniesienia do ustalania pozycji?

Kamera nie zawsze może obserwować cały otwór. Oznaczenia literowe na łożysku mogłyby wprowadzać system w błąd i nie zawsze dałoby się uzyskać dobry kontrast w otworze albo oglądałoby się tylko połowę otworu, ponieważ druga połowa byłaby zagłębiona w rowku pierścienia zabezpieczającego. Dlatego też szczelinę w pierścieniach zabezpieczających przyjęto jako pewną cechę, którą można wielokrotnie obserwować. Ponieważ za pierścieniem zabezpieczającym najczęściej znajdowało się łożysko, zawsze mogliśmy uzyskać dobry obraz sprężynującego pierścienia zabezpieczającego, aby sprawdzić, czy znajduje się on na właściwym miejscu.