Entwickeln eines automatisierten Bremsprüfsystems mit LabVIEW und NI Vision Technologies

Autor(en):

Anand Chinnaswamy - Soliton Automation Private Limited
P. Kannan - Soliton Automation Private Limited
A. Ashok Kumar - Soliton Automation Private Limited

Unser Kunde ist ein erstrangiger Zulieferer von Bremstrommelbaugruppen für Abnehmer in Indien und im Ausland. In der Vergangenheit hat der Kunde eine Reihe verschiedener Bildverarbeitungssysteme für die Prüfung von Bremstrommelbaugruppen ausprobiert. Der Erfolg war aber sehr überschaubar. Das Hauptproblem bei früheren Systemen war ihre Abhängigkeit von der Verwendung des Musterabgleichs, die sich bei der Handhabung der großen Variationen und Komplexität der Baugruppen als unzureichend erwiesen hat.

Die Testanforderungen erfordern die Erkennung:

• des Vorhandenseins verschiedener Komponenten
• einer Umkehrung der Federn
• der ordnungsgemäßen Verriegelung oder Aktivierung von Komponenten
• der Montagerichtung der Komponenten mit Zahnrädern
• der Winkelausrichtung der Clips
• der Position der Bremsleitungen
• des Vorhandenseins von Threading in bestimmten Komponenten
• des Vorhandenseins von Beschriftungen
• von Durchmesser, Längen und Dicken mittels Messung

Unser Kunde suchte nach einem kostengünstigen Testsystem, das folgende Anforderungen erfüllen kann:

• Flexibilität – Möglichkeit, verschiedene Bremstrommelmodelle zu testen
• Zuverlässigkeit – zuverlässige und konsistente Prüfergebnisse
• Vernetzung – Zugriff auf Testergebnisse über das lokale Netzwerk
• Lieferung – aggressiver 10-wöchiger Lieferzeitplan für die vollständige Prüfstation
• Kompakter Footprint – effiziente Nutzung der wertvollen Produktionsfläche

Wir haben eine Digitalkamera mit 1280 x 960 Pixeln von Sony mit FireWire-Anschluss gewählt, die eine Reihe programmierbarer Funktionen enthält, darunter mehr als 12 Parameter wie z. B. die Auswahl der Abschlussgeschwindigkeit und des Filters, die wir aus der Entwicklungsumgebung konfigurieren konnten. Wir haben die Treibersoftware NI-IMAQ 1394 von NI als Schnittstelle zur Kamera verwendet.

Von Anfang an war es unserem Kunden sehr klar, dass er ein Bildverarbeitungssystem mit völliger Flexibilität benötigt. Aufgrund seiner bisherigen Erfahrung war er davon überzeugt, dass konfigurierbare Standard-Bildverarbeitungssysteme nicht geeignet wären. Eine Vorführung des Vision Development Modules von National Instruments hat ihn jedoch vollständig davon überzeugt, dass es sich um das richtige Produkt für seine Anwendung handelt.

Kombination von Hardware und Software für Genauigkeit und Zuverlässigkeit

Die Bremsprüfstation besteht aus einem Rundschalttisch mit einer Vorrichtung, die darauf befestigt ist. Jede Bremsbaugruppe hat eine entsprechende Halterung. Nachdem die Bremsbaugruppe manuell an der Halterung angebracht wird, verhindert eine pneumatische Klemme, dass die Baugruppe sich bewegt. Durch einen Zentralisierungsmechanismus wird sichergestellt, dass die Bremsklötze vor Beginn des Bildverarbeitungsprozesses zentral ausgerichtet sind.

Wir haben eine hochauflösende IEEE-1394-Kamera mit einer entsprechenden PCI-Karte verwendet. Ein softwaregesteuertes Zoomobjektiv ermöglicht unserem Kunden Zugriff auf die volle Auflösung der Kamera für verschiedene Bremsmodelle. Wir haben außerdem Polarisatoren geliefert, um die Auswirkungen des Glanzes stark reflektierender Bauelemente zu reduzieren, und wir haben uns für Hochfrequenzlichtquellen entschieden, deren Intensität wir über Software steuern konnten.

Der Drehtisch sorgt dafür, dass alle vier Quadranten der Bremsbaugruppe getrennt dargestellt werden können, um die verfügbare Auflösung zu erhöhen. Die aufgezeichneten Bilder werden zur Analyse an den PC übertragen. Die maßgeschneiderte Software analysiert die Bilder mit Hilfe verschiedener Verfahren und aktiviert den Unterteilungsmechanismus, je nachdem, ob die Trommel bestanden hat oder nicht.

Software hat eine entscheidende Rolle für den Erfolg des Systems gespielt. Wie bereits erwähnt, werden einige visuelle Abweichungen bei den Komponenten für eine Anwendung „unter der Motorhaube“ als normal angesehen. Darüber hinaus beeinflusst das Vorhandensein, Fehlen oder die Positionsverschiebung der Komponenten im Hintergrund die Erkennung von Komponenten, und auch das Verschieben der Bremsklötze stellt eine Herausforderung dar, obwohl es durch den Zentralisierungsmechanismus in gewissem Ausmaß begrenzt wird.

Wir haben benutzerdefinierte Algorithmen erstellt, da der Musterabgleich unter den oben genannten Bedingungen unzuverlässig war. So haben wir z. B. einen Algorithmus zur Erkennung der Umkehrung einer Feder entwickelt. Jedes Mal, wenn wir einen neuen Algorithmus erstellt oder einen vorhandenen modifiziert haben, mussten wir ihn mittels mehrerer Hundert Abbildungen der Bremsenbaugruppe validieren, um sicherzustellen, dass er bei allen Stichproben zuverlässig war. Der Vision Builder von National Instruments hat sich mit seinen Fähigkeiten zur Stapelverarbeitung als unerlässliches Werkzeug für diese Aufgabe bewiesen.

Obwohl wir mit dieser Methode keine neuen Algorithmen entwickeln und überprüfen konnten, stellten wir fest, dass die bisherigen Algorithmen aufgrund der erwähnten Variationen nicht zu 100 Prozent zuverlässig waren. Um sicherzustellen, dass das System ordnungsgemäß funktioniert, haben wir ein adaptives Verfahren verwendet, bei dem wir bestimmte Parameter im Algorithmus iterativ geändert haben, wie z. B. den Schwellwert, bis wir die gesuchte Komponente gefunden haben. Wenn wir die Komponente am Ende der Iteration nicht gefunden haben, haben wir daraus geschlossen, dass sie nicht vorhanden war. Basierend auf den Bildern aus dem Stichproben konnten wir eine Spannweite identifizieren, die wir für diese Iterationen verwenden konnten, wodurch die erforderliche Verarbeitungszeit reduziert wurde. Wir mussten die Schwellwerte iterativ von 50 auf 100 in Fünferschritten ändern, bis ein einzelnes Teilchen einer bestimmten Fläche übrig bleibt.

Vollautomatisiertes System, das sich an zahlreiche Varianten der Komponenten anpasst

Wir haben binnen 10 Wochen ein vollautomatisches Bremsprüfsystem unter Verwendung der neuesten virtuellen Instrumentierung und Bildverarbeitungstechnologie erstellt. Wir haben benutzerdefinierte, selbstanpassende Algorithmen verwendet, um eine zuverlässige Inspektion unabhängig von den großen Anzahl Variationen der Komponenten zu gewährleisten. Unser auf Produkten von NI basierendes System bietet unserem Kunden außerdem vollständige Flexibilität bei der Auswahl sowohl der zu prüfenden Komponenten als auch der Prüfkriterien, sodass es sehr einfach ist, von einem Modell zum nächsten zu wechseln.

Während eine Fehleranalyse mit anderen konfigurierbaren Bildverarbeitungssystemen nicht möglich war, konnte unser Kunde statistische Details zu verschiedenen Fehlern verwenden, um Probleme bei Ausgangsmaterialien und vorgelagerten Prozessen schon an der Quelle zu verringern. Zuletzt ermöglicht unser System den Zugriff auf benutzerdefinierte Berichte über das Netzwerk.

Die Leistungsfähigkeit der virtuellen Instrumentierungssoftware ist in dieser Anwendung offensichtlich. Die Programmierfunktionen der Entwicklungsplattform LabVIEW von NI zusammen mit den Bildverarbeitungstools von NI waren der Hauptgrund für den Erfolg dieses Systems.

Informationen zum Autor:

A. Ashok Kumar
Soliton Automation Private Limited
Indien
Tel: –
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