کنترل کیفیت پره‌های توربین موتورهای هواپیما با کمک دوربین Basler Pilot

۱۳۹۶/۰۳/۶

کاربرد

توربین‌ها با شرایط بسیار سختی در داخل موتورهای هواپیما قرار دارد. آنها باید در سرعت ۳۰ هزار دور در دقیقه و در دمای بالای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد فعالیت داشته باشند. مهندسین تولیدکننده این محصولات به خوبی می‌دانند که کوچک‌ترین  نقص بر روی سطح توربین‌ها می‌تواند کیفیت را به‌شدت کم کند، هزینه‌ها را افزایش دهد و همچنین عمر مفید موتور را کاهش دهد. آنها نیاز به کنترل کیفیت پره‌های توربین با دقت بسیار بالا داشتند تا بتوانند کارایی و تولید محصولات قابل‌اطمینان بیشتری در صنعت هواپیمایی داشته باشند.

یک شرکت تولیدکننده در آمریکای شمالی با استفاده از تشخیص انسانی تیغه‌های توربین را کنترل کیفیت می‌کرد. نیروهای مجرب آموزش‌دیده برای بازرسی سطوح پره‌های توربین با دقت هزارم اینچ فعالیت می‌کردند. کنترل کیفیت دستی نه‌تنها ازنظر زمانی و هزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه نبود بلکه تشخیص در نقص کاملاً نظر شخصی بود به این معنا که نتایج خروجی هر شخص برای تشخیص نقص متفاوت بود. درنهایت به دلیل وقت‌گیر بودن کنترل کیفی دستی تصمیم گرفتند که کنترل کیفیت به‌صورت سیستماتیک بر روی یکی از پره‌ها انجام دهند. کاملاً واضح است که تولید کنند با سیستماتیک کردن کنترل کیفیت در زمان خود صرفه‌جویی کرده و همچنین در خروج تکرارپذیری بیشتری را شاهد خواهد بود.

آنها درخواست یک دستگاه کنترل کیفیت پره‌های موتور هواپیما را مطرح کردند. Louis Dicaire مدیر پروژه می‌گوید در اوایل این پروژه قابلیت تکرار، انعطاف و دقت بالا از ضروریات در جهت موفقیت بوده است. با توجه به تجربه قبلی تیم مهندسی شرکت Orus که بر اساس اندازه‌گیری چشمی در نظام کانادا بود توسعه دستگاه را ادامه دادند. و همچنین با شرکت مهندسی Genik Automation همکاری بسیار نزدیکی داشتند.

بر طبق گفته‌های Dicaire، چالش‌های بسیار فراوانی درزمینه طراحی مکانیکی وجود دارد ازجمله: تکرارپذیر بودن، دقت بالا و خطی بودن. با توجه به خروجی نرم‌افزار دستگاه که حاصل از پردازش تصویر از خورده پیکسل‌ها است دقت دستگاه به ±۳ میکرومتر می‌رسد. البته این دقت زمانی نمایان می‌شود که از سیستم نورپردازی و تصویربرداری باکیفیت بالا استفاده شود. برای رسیدن به‌دقت موردنیاز، شرکت Orus از درجه کالیبراسیون نظامی استفاده کرد. اگرچه دستگاه بینایی ماشین  INL-1900x2T باعث صرفه‌جویی هزاران ساعت در زمان می‌شود، اما مزیت اصلی آن تجزیه‌وتحلیل دقیق و پیچیده‌ای است که با رابط کاربری ساده به اپراتور می‌دهد.

 

راه‌حل:

شرکت Orus ترجیح داد که نام دستگاه INL-1900x2T باشد. یک محفظه تک‌خطی که دارای دو ایستگاه کنترل کیفی می‌باشد. در ایستگاه اندازه‌گیری دو عدد دوربین Basler pilot GigE با رزولوشن ۱۹۲۰ در ۱۰۸۰  مجهز به لنز Telecentric  (لنز خطی و بدون پرسپکتیو) و دو نور LED آبی موازی (۵۲۰ nm) استفاده‌شده است. در ایستگاه کنترل کیفیت سطح از چهار دوربین Basler pilot GigE استفاده‌شده است. رزولوشن اولین دوربین کنترل سطح ۱۹۲۰ در ۱۰۸۰ می‌باشد و سه دوربین بعدی ۶۴۰ در ۴۸۰ می‌باشد. دو دوربین با شرکت CCS تولیدکننده سیستم نورپردازی از نور Diffuse on-axis lights و دو دوربین با شرکت CCD تولیدکننده نورپردازی از نور Backlight استفاده‌شده است. یک ربات Fanuc 6 درجه آزادی ۲۰۰iC با کنترل‌گر ۴U که با یک PLC Omron در ارتباط است کار می‌کند. نرم‌افزار مورداستفاده از Matrox Imaging Library (MIL) 9.0  به همراه Processing Pack 1 می‌باشد.

دستگاه کنترل لبه تیغه توربین ها
A : محل قرار گیری قطعه B: صفحه نمایش رابط کاربری اپراتور C: خروجی قطعات معیوب

دستگاه INL-1900x2T دارای سه قانون است: چند صد ویژگی‌های اندازه‌شناسی از پره، بازرسی هر دو سطح پره توربین و همچنین لبه‌های آن جهت بررسی وجود نقص‌های احتمالی و بررسی کاراکترهای چاپ‌شده بر روی آن. هر ۱۵ ثانیه فرایند کنترل یک پره به اتمام می‌رسد.

برای کنترل کیفیت دسته‌ای ابتدا توسط اپراتور بارکد درج‌شده بر روی کاغذ کار اسکن شده سپس شاخص Y را تنظیم کرده. ربات پره را برداشته و در جهت پردازش در زوایای مختلف که از پیش تعیین‌شده است در مقابل سیستم‌های اندازه‌گیری عبور می‌دهد. دستگاه با توجه به استفاده از ۴ اینچ سرامیک در بدنه و استفاده از لنز Telecentric نسبت به لرزش و همچنین حرارت مقاوم بوده. تحت این شرایط کنتراست تصویر بسیار بالا بوده و دقت دستگاه بالا می‌رود.

نمای داخلی دستگاه کنترل تیغه توربین
A: ربات ۶ درجه آزادی B: نور پردازی و پردازش تصویر بخش اندازه گیری C: نور پردازی و تصویر برداری بخش پردازش سطح D: خروجی قطعات سالم

ربات‌ها بسیار تکرارپذیر هستند ولی نمی‌توان پره را با دقت ۱۰ میکرون قرارداد. راهکاری که پیشنهاد شد این بود که قطعه را بچرخاند و همزمان با سرعت‌بالا تصویربرداری انجام گردد. بر اساس دقت اندازه‌گیری موردنیاز باید در نرم‌افزار میزان حداقل و حداکثر مشخص شود. پس از تصویربرداری از قطعه آن را با فایل CAD مرتبط تطابق می‌دهد و در تصویر نشان می‌دهد. اندازه‌گیری انجام‌شده در طول، عرض، شعاع، زاویه و دیگر پارامترها می‌باشد. ازآنجاکه دستگاه بسیار بهینه‌شده است ولی مراحل اندازه‌گیری چندین بار انجام می‌شود تا از میانگین اندازه‌گیری تصمیم‌گیری شود.

بعدازآنکه اندازه‌گیری به‌طور کامل انجام شد ربات قطعه را بر روی یک Gripper Y-Tetha قرار می‌دهد. Gripper قطعه را ۳۶۰ درجه چرخانده تا از تمامی زوایای سطح پره برای پردازش سطح تصویربرداری می‌شود. سپس کاراکتر های چاپ‌شده بر روی پره را با تکنولوژی OCR خوانده و با مقادیر واردشده در نرم‌افزار تطابق می‌دهد.

زمانی که همه پردازش‌ها انجام شد کلیه اطلاعات جمع‌آوری و آماده برای گزارش‌گیری می‌شوند. درصورتی‌که قطعه تمامی مراحل را با پاسخ بدون ایراد رد کند ربات آن را در خروجی سالم قرار می‌دهد. در صورتی هر یک از پارامترها دارای ایراد بادبر روی صفحه‌نمایش به اپراتور ایراد مذکور را نشان داده و سپس Gripper قطعه را در بخش قطعات معیوب رها می‌کند. سپس قطعه بعدی وارد می‌شود و دوباره همین پروسه تکرار می‌شود.

تکنولوژی‌های به‌کاررفته:

  • دو دوربین Basler piA1900-32gm GigE برای اندازه گیری ها به همراه لنز Telecentric و نور LED موازی
  • یک دوربین Basler piA1900-32gm و ۳ دوربین piA640-210gm GigE برای پردازش سطح
  • چهار عدد لنز استاندارد برای بخش پردازش سطح
  • دو عدد نور CCS غیر مستقیم (diffuse on-axis lights)
  • یک عدد نور CCD از بکلایت غیر مستقیم (diffuse backlight)
  • یک ربات Fanuc LR Mate 200iC
  • کنترلر ۴U
  • PLC Omron
  • نرم افزار Matrox Imaging Library (MIL) 9.0 به همراه Processing Pack 1

میتوانید مقاله را از اینجا دانلود کنید: مقاله پردازش تصویر پره های توربین موتورهای هواپیمایی

دیدگاه بگذارید

avatar
  اشتراک  
اطلاع از