الفحص المعتمد على كاميرا مثبتة على الروبوت للأجزاء والمجموعات المعقدة
مات ويلتون
مدير
جدول المحتويات
مشاركة
يصعب فحص بعض الأجزاء لأنها كبيرة الحجم.
بينما يصعب فحص أجزاء أخرى بسبب تعقيد تصميمها.
وقد يكمن هذا التحدي في تجميعة سيارات، أو مكون دفاعي، أو جزء من أجزاء الصيانة والإصلاح والعمرة (MRO) في قطاع الطيران، أو هيكل مصنَّع، أو مسبوكة، أو مقطع بثق، أو علبة بطارية، أو مبيت مشغّل ميكانيكياً، أو مكون دقيق ذي تفاصيل على عدة أوجه.
في هذه الحالات، يمكن أن تصبح الكاميرا الثابتة عائقاً محدوداً؛ فقد تمنحك رؤية ممتازة واحدة، ولكنها لا توفر الرؤى العشر الأخرى المطلوبة لاتخاذ قرار جودة سليم.
يحل فحص الكاميرا المثبتة على الروبوت هذه المشكلة عن طريق نقل الكاميرا إلى الجزء المراد فحصه، بدلاً من إجبار عملية الفحص بأكملها على التكيف مع موضع كاميرا ثابت واحد.
حيث يتم تثبيت كاميرا، أو كاميرا ذكية، أو مستشعر ثلاثي الأبعاد على روبوت أو روبوت تعاوني. ويقوم الروبوت بنقل المستشعر إلى نقاط فحص محددة، ويظهره بالزاوية والمسافة الصحيحتين، ثم يطلق تسلسل الفحص.
والنتيجة هي خلية فحص مرنة يمكنها التحقق من ميزات وأسطح ومواضع متعددة دون الحاجة إلى بناء محطة كاميرا منفصلة لكل زاوية رؤية.
إنها ليست الحل لكل مشكلة فحص، ولكن بالنسبة للأجزاء والتجميعات المعقدة، فإنها غالباً ما تكون حلاً عملياً للغاية.
لماذا ننقل الكاميرا؟
يكون الفحص بالكاميرا الثابتة ممتازاً عندما يكون الجزء صغيراً، والميزة المراد فحصها مرئية، وتكرار العرض مضموناً، وزاوية رؤية الفحص لا تتغير.
تبدأ المشكلة عندما يحتوي الجزء على عدة ميزات مهمة في مواقع مختلفة. وهنا تتحول الكاميرا الواحدة إلى كاميرتين، والاثنتان إلى ست كاميرات. وتضيف كل رؤية إضافية المزيد من الحوامل، والإضاءة، والكابلات، والواقيات، ومشاكل الوصول، ونقاط الضبط المستقبلية.
أما الكاميرا المثبتة على روبوت فتغير هذا المخطط بالكامل.
فبدلاً من إحاطة الجزء بالأجهزة والعتاد، يستخدم النظام حركة الروبوت التي يتم التحكم فيها لجلب المستشعر إلى كل موضع فحص. ويمكن للكاميرا فحص الوجه العلوي، أو الوجه الجانبي، أو الميزة الداخلية، أو الملصق، أو الموصل، أو منطقة اللحام، أو موقع أداة التثبيت، أو تفاصيل السطح من زاوية الرؤية الصحيحة.
وتعتبر هذه المرونة ذات قيمة عالية عندما يكون للجزء هندسة معقدة، أو متغيرات متعددة، أو متطلبات فحص قد تتغير بمرور الوقت.
وغالباً ما يمكن إضافة نقاط فحص إضافية من خلال تعليم الروبوت مواضع جديدة وتحديث تسلسل الرؤية، شريطة أن تظل إمكانية الوصول وجودة الصورة ووقت الدورة مناسبة للعمل.
وبالنسبة للمصنعين الذين يتعاملون مع التغييرات الهندسية، أو تنبيهات الجودة، أو المتغيرات الجديدة، فإن هذا يمثل ميزة بالغة الأهمية.
التطبيقات المناسبة
يمكن استخدام فحص الكاميرا المثبتة على الروبوت في أي مكان تتطلب فيه مسألة الجودة عدة زوايا رؤية يتم التحكم فيها.
وتشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:
عمليات التحقق من الوجود والغياب
التحقق من التجميع
فحص الثقوب والفتحات
عمليات فحص الموصلات والحوامل
فحص أدوات التثبيت
التحقق من الرموز والملصقات والعلامات
فحص عيوب الأسطح
عمليات فحص مسار المواد المانعة للتسرب أو المواد اللاصقة
الفحص البعدي
قياس المظهر الجانبي ثلاثي الأبعاد
توثيق مناطق الفحص
ويمكن تطبيق المبدأ نفسه في عدة قطاعات.
ففي مجال تصنيع السيارات، تمتلك AIET خبرة في نشر حلول الكاميرا المثبتة على الروبوت للتجميعات الكبيرة، حيث يمكن أن تتناسب دورة الإنتاج مع حركة الروبوت عبر عدة نقاط فحص. وقد تشتمل الخلايا الحديثة على مركبات موجهة آلياً (AGVs) أو روبوتات متنقلة مستقلة (AMRs) تجلب التجميعات إلى منطقة الفحص قبل أن يبدأ الروبوت تسلسله.
وبالنسبة لتصنيع السيارات الحديث، خاصة عندما تكون متغيرات المنتجات والمناولة الآلية والقدرة على التتبع جزءاً بالفعل من استراتيجية الإنتاج، فإن خلايا الفحص الروبوتية المرنة يجب أن تكون موضع دراسة جادة. فبينما يمكن لنظام الفحص الثابت أن يعمل بشكل جيد لعملية واحدة مستقرة، فإن الخلية المرنة تتماشى بشكل أفضل مع توجه المصانع الذكية، وتنوع الطرازات، ومراقبة الجودة في عصر الثورة الصناعية الرابعة (Industry 4.0).
وفي قطاعي الدفاع والتصنيع الدقيق، قد يكون المطلوب هو الفحص المنضبط للميزات المشغّلة ميكانيكياً، أو الطلاءات، أو الأسطح الحساسة، أو المكونات المجمعة.
وفي بيئات الطيران والصيانة والإصلاح والعمرة (MRO)، قد تكون الفائدة هي التوثيق القابل للتكرار لمناطق الفحص، أو حالة الأسطح، أو ميزات المكونات التي يصعب فحصها يدوياً.
وفي الهياكل المصنَّعة، والمسبوكات، ومقاطع البثق، والتجميعات الصناعية، يمكن للنظام أن يساعد في فحص الأجزاء التي لا تتناسب مع مخطط الكاميرا الثابتة البسيط.
العامل المشترك هنا ليس القطاع.
بل هي مشكلة الفحص نفسها: جزء يحتاج إلى بيانات بصرية أو قياسات متسقة من أكثر من موضع واحد.
ماذا لو كان موضع الجزء متغيراً؟
هذا أحد أهم الأسئلة في أي مشروع فحص روبوتي.
على أرض الواقع، لا تُعرض الأجزاء دائماً بشكل مثالي؛ فقد تجلب مركبة AGV وحدة إلى الخلية مع اختلاف طفيف في الموضع، وقد يكون للمثبت تفاوت ميكانيكي، وقد يستقر الجزء الذي قام المشغل بتحميله بعيداً قليلاً عن الموضع الاسمي. وقد تصل التجميعة الكبيرة بدقة كافية للمناولة، ولكن ليس بدقة كافية ليبدأ الروبوت فحصاً تفصيلياً من مواضع مبرمجة مسبقاً دون رؤية.
لذا، يمكن تصميم تسلسل الفحص للتعامل مع هذا الأمر.
تتمثل إحدى الطرق الشائعة في البدء بخطوة تحديد نقطة الإسناد (المرجع). حيث ينقل الروبوت الكاميرا إلى منطقة واحدة أو أكثر من المناطق المعروفة في الجزء ويحدد ميزات الإسناد، أو العلامات المرجعية، أو الثقوب، أو الحواف، أو نقاط الأدوات، أو الهندسة المرجعية. بعد ذلك، يحسب النظام الإزاحة بين الموضع الفعلي للجزء والموضع الاسمي.
ويمكن تطبيق هذه الإزاحة تلقائياً على مواضع فحص الروبوت المتبقية.
على سبيل المثال، إذا تم جلب وحدة إلى الخلية بواسطة مركبة AGV أو AMR وكان موضعها على بعد بضعة مليمترات من الموضع الاسمي، فيمكن لنظام الرؤية تحديد موقع الجزء أولاً، وحساب إزاحة المحاور X وY والإزاحة الدائرية، وتعديل مسار الروبوت قبل بدء الفحص التفصيلي.
ويعتمد التفاوت الدقيق على طريقة المناولة، والمثبت، ودقة الإرساء، ومدى وصول الروبوت، ومجال رؤية الكاميرا، ومتطلبات الفحص. ويجب إثبات ذلك أثناء اختبار الجدوى.
هنا تظهر أهمية التصميم الجيد للنظام. فلا ينبغي للخلية أن تعتمد على التخمين، أو تقدير المشغل، أو العرض المثالي للجزء؛ بل يجب أن تحتوي على طريقة منضبطة للعثور على الجزء، وتصحيح التسلسل، والفحص من المواضع الصحيحة.
ثنائي الأبعاد، أم ثلاثي الأبعاد، أم كلاهما
يعتمد اختيار المستشعر على متطلبات الفحص.
تكون كاميرات المسح المساحي مناسبة عندما يمكن لصورة ثنائية الأبعاد أن تجيب على السؤال المطروح. وقد يشمل ذلك عمليات التحقق من الوجود، والتحقق من الميزات، والمحاذاة، وقراءة الرموز، والفحص القائم على اللون أو التباين، وبعض فحوصات الأسطح.
بينما يصبح المسح ثلاثي الأبعاد أو الرؤية ثلاثية الأبعاد مفيداً عندما يكون الارتفاع، أو المظهر الجانبي، أو الشكل، أو الحجم، أو شكل السطح أمراً مهماً. فقد تظهر الصورة المسطحة أن شيئاً ما موجود، ولكنها لا تظهر ما إذا كان يستقر على الارتفاع الصحيح، أو يتبع المظهر الجانبي الصحيح، أو يمتلك الهندسة المطلوبة.
وقد تستخدم بعض الخلايا كاميرا واحدة، بينما قد تستخدم خلايا أخرى مستشعرات متعددة. وقد تجمع بعض التطبيقات بين الفحص ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد في الخلية نفسها.
إن الخيار الصحيح ليس التكنولوجيا الأكثر إبهاراً، بل هو الطريقة الموثوقة الأكثر بساطة التي تجيب على سؤال الجودة ضمن دورة الإنتاج المتاحة.
كيف يمكن أن تبدو الخلية
يمكن بناء خلية فحص الكاميرا المثبتة على الروبوت لتتماشى مع تدفق الأجزاء.
في بعض التطبيقات، يدخل الجزء إلى الخلية على سير ناقل، أو منصة نقالة، أو مثبت، أو عربة، أو مركبة AGV أو AMR. ويمكن بناء الخلية داخل إطار من مقاطع ألومنيوم مبثوقة مع واقيات، وأنظمة تحكم في الإضاءة، وميزات تحديد موقع الأجزاء، ومنافذ وصول محددة للمشغل.
وبمجرد تحديد موقع الجزء، يتبع الروبوت مسار فحص مبرمجاً. وفي كل موضع، يلتقط المستشعر صورة أو مسحاً ضوئياً. ويقوم برنامج الفحص بمعالجة النتيجة، وتسجيل البيانات، وإرسال القرار إلى نظام الإنتاج أو واجهة المشغل.
وقد يكون روبوت واحد كافياً عندما يكون الجزء في متناول اليد ويسمح وقت الدورة بذلك.
بينما يمكن استخدام روبوتات متعددة عندما يكون الجزء كبيراً، أو عندما يحتاج كلا الجانبين إلى فحص، أو عندما يجب تقسيم تسلسل الفحص لمواكبة وتيرة الإنتاج.
ويعتمد المخطط الأفضل على مدى الوصول، وإمكانية الوصول، والإضاءة، والسلامة، ووقت الدورة، والتعامل مع البيانات، وكيفية استخدام نتيجة الفحص.
السلامة والوقاية وتقييم المخاطر
تتطلب خلايا الفحص الروبوتية هندسة سلامة سليمة. ولا يعفي استخدام الروبوت التعاوني من هذه المسؤولية.
تقوم AIET بتصميم وتوثيق وتركيب خلايا الفحص الروبوتية مع دمج تقييم السلامة في المشروع منذ البداية. ويتم تقييم كل نظام كتطبيق كامل: فالروبوت، والأدوات المثبتة في نهاية ذراع الروبوت، وحوامل الكاميرا، والمستشعرات، والمثبتات، وهندسة الأجزاء، ووصول المشغل، وطريقة التحميل، وتسلسل الفحص، وإجراءات الاسترداد، والوصول لأعمال الصيانة، ونظام التحكم، كلها عوامل تؤثر على المفهوم النهائي للسلامة.
ويتم تنفيذ هذا العمل بالرجوع إلى معايير سلامة الروبوتات المعترف بها، بما في ذلك معيار ISO 10218-2 لتطبيقات الروبوتات الصناعية وخلايا الروبوتات، ومعيار ISO/TS 15066 لتطبيقات الروبوتات التعاونية.
وتُصدر AIET تقييماً شاملاً للمخاطر لخلية الفحص الروبوتية. ويشمل ذلك تسلسل التشغيل، وحركة الروبوت، ونقاط الوصول، وطريقة التحميل والتفريغ، واستراتيجية التوقف في حالات الطوارئ، ومنطق إعادة الضبط، وأوضاع التشغيل الآمنة، ومتطلبات الحماية، والتفاعل بين الروبوت، ونظام الرؤية، ونظام التحكم، والمعدات المحيطة.
كما تقوم AIET بإجراء حسابات السلامة اللازمة للتطبيق. ويشمل ذلك سرعة الروبوت، ومسافة التوقف، ومسافة الفصل، وحدود القوة، وحدود الضغط، وظروف تحديد الطاقة والقوة، وهندسة الأدوات، ونقاط الاتصال المحتملة بين المشغل ونظام الروبوت.
هذه الحسابات مهمة لأن سلامة الروبوت التعاوني لا تعتمد على كلمة
