Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Strojové vidění při kontrole výroby relé

Strojové vidění je stále oblíbenějším nástrojem, který přímo ve výrobních provozech hlídá správné vykonání jednotlivých operací nebo přeměřuje součásti a polotovary. Pro náležité fungování systému strojového vidění je důležité promyslet návrh celkového uspořádání a osvětlení. Podle dané úlohy se musí technici rozhodnout, zda zakomponovat strojové vidění přímo do výrobní linky, nebo zda stačí, aby kamerový systém byl v laboratoři používán ke kontrole vybraných součástí. S oběma případy využití strojového vidění jsme se měli možnost seznámit ve výrobním závodě společnosti Panasonic Electric Works Czech, s. r. o., v Plané u Mariánských Lázní.
 

Výroba relé v Plané

Výrobní závod Panasonic Electric Works v Plané byl založen v roce 1998 jako pobočka závodu Panasonic Electric Works Europe AG – German Factory, který se nachází v německém Pfaffenhofenu. V podniku v Plané se vyrábějí tři druhy relé: SF, DSP a S. Při prohlídce jsme se zaměřili na výrobu relé typu SF se zdvojenými kontakty, která se využívají převážně v bezpečnostních obvodech strojů. Tato relé s nuceně ovládanými (mechanicky spřaženými) kontakty podle normy EN 50205 typu B pracují se spínacím proudem 10 mA až 8 A a stejnosměrným nebo střídavým spínacím napětím maximálně 500 V, popř. 400 V (podle typu). Jsou vyráběna v souladu se směrnicí Evropské komise RoHS zabraňující používání nebezpečných látek v elektrických a elektronických výrobcích.
 
Do výrobního závodu v Plané jsou dodávány mateřskou firmou z Německa díly k montáži relé. Ve zdejším závodě se provádějí operace navíjení cívek, kompletace a magnetizování kotev. Dále jsou zde základové bloky relé osazovány kontakty, cívkou a kotvou.
 
Provozem nás provázeli technici pan Ing. Slavomír Husár a pan Gustav Baláž. Seznámili nás s technologií výroby relé a poskytli informace o strojovém vybavení, zejména o zajímavých technických řešeních realizovaných tamním servisním oddělením při zavádění optických senzorů a kamerových systémů.
 
Pan Baláž shrnul cíle svého pracoviště takto: „Naším hlavním úkolem je, aby provoz běžel bez zbytečných prostojů, a proto v rámci možností vylepšujeme a modernizujeme stávající strojový park. Využíváme přitom i optické senzory, které svými funkcemi, cenou a snadným nastavením nahrazují například časově náročnou vizuální kontrolu, a tím celou výrobu významně zefektivňují.“
 

Magnetizování kotev

Zajímavým úsekem výroby relé SF, se kterou jsme se mohli blíže seznámit, je magnetizování kotev. Do tělísek kotev jsou nejprve vlepeny magnety a po vytvrzení lepidla se celé kotvy magnetizují v požadovaném směru na stanovenou hodnotu magnetického pole. Kompaktní optický senzor LightPix AE10 firmy Panasonic (obr. 1) kontroluje správnou polohu kotvy pro zmagnetování.
 
Tento inteligentní optický přístroj byl použit po neúspěšných pokusech s laserovými čidly. Přístroj se skládá ze tří komponent: snímací hlavy, ovládací jednotky a malého displeje LCD. Ve snímací hlavě je integrováno osvětlení, optika, snímací čip, výpočetní logika a příslušná rozhraní. Přístroj zpracovává barevné obrazy tak, že kontroluje celé plochy, čímž se liší od klasických optických senzorů, které pracují bodově. Výhodou tohoto způsobu je, že neklade tak vysoké požadavky na přesnou polohu kontrolovaného objektu. Přístroj lze pružně přizpůsobit díky softwaru, který se skládá z modulů pro (měření velikosti a plochy, barevná extrakce, detekce polohy nebo hrany a porovnání se vzorem). Vestavěný věnec LED osvětluje snímanou scénu bílým světlem, jehož intenzitu lze podle potřeby měnit.
 
Senzor v tomto případě určuje správnou orientaci kotvy podle tvaru prohlubně vylisované na spodní části. Na jedné straně je prohlubeň tvaru kolečka o průměru 3 mm a na druhé straně je oválek délky 5 mm a šířky 3 mm (obr. 2). Jde o jediný asymetrický znak na kotvě. Optický senzor LightPix stanovuje s využitím příslušného softwarového modulu velikost této plochy v milimetrech čtverečných. Tento údaj porovná s referenční hodnotou, která je nastavena v paměti, a tím zjistí, je-li kotva otočena správným směrem. Pokud ne, je manipulátorem otočena o 180 stupňů a znovu podrobena kontrole.
 
Po zmagnetování (obr. 3) je síla magnetického pole změřena tzv. Helmholzovou cívkou a podle naměřených hodnot jsou kotvy na konci linky tříděny manipulátorem.
 

Navíjení cívek a osazování kontaktů

Paralelně s kompletací a magnetizací kotev jsou v provozu navíjeny cívky pro relé. Na navíjecích strojích je na cívkové tělísko automaticky navíjen drát požadovaného průměru. Kontakty do základových bloků relé se osazují ručně. Závěrečnou fází výroby v závodě v Plané je montáž cívky a kotvy do základového bloku s kontakty. Finální výrobní kroky, uzavření a testování bezpečnostních relé SF, se vykonávají v německém Pfaffenhofenu.
 

Kontrola nedolitých koster

Systém LightPix je ve výrobě použit ještě jednou, a to pro kontrolu nedolitých cívkových tělísek, jež se občas vyskytují na vstupech do navíjecích automatů. Pan Baláž k tomu dodává: „Nejprve jsme systém LightPix AE10 použili u magnetizéru kotev. Tam jsme poznali, že se na kamerové senzory můžeme spolehnout, a překonali tím svou počáteční nedůvěru. Díky tomu se nám otevřely možnosti řešení dříve jen velmi obtížně řešitelných problémů. Pro svou kompaktnost a jednoduchost při nastavení lze tento systém snadno demontovat a použít jinde, kde vznikne nový problém. Příkladem je právě kontrola nedolitých cívkových tělísek.“ Obnažený kov tělísek vede ke snížení izolačního odporu cívky a ohrožuje tím funkčnost relé.
 
Dřívější časově náročnou vizuální kontrolu na vstupu do navíjecího automatu nahradil optický senzor LightPix (obr. 4).
 

Kontrola výšky kontaktů relé

Po ručním zasazení kontaktů do základového bloku jsou kontakty zalisovány do plastu tak, aby měly požadovanou výšku a čočky kontaktů se vzájemně překrývaly. Překrytí čoček je důležité pro schopnost relé spínat požadovaný výkon a má také významný vliv na jeho životnost. Proto se překrytí pravidelně sleduje a vyhodnocuje.
 
Dřívější vizuální kontrola byla časově velmi náročná, a proto se hledalo jiné řešení. Východiskem byla instalace systému strojového vidění Imagechecker P400, založeného na průmyslovém PC, který má dostatečné rozlišení, přesnost a výpočetní výkon. V kombinaci s propracovaným softwarem dokáže vykonávat i velmi náročné úkoly. Systém je umístěn v měřicí laboratoři (obr. 5, obr. 6), kam jsou výrobky přinášeny k přeměřování. Pan Baláž k tomu říká: „Po instalaci systému P400, jeho oživení a proškolení personálu jsme zkrátili dobu kontroly jednoho relé z dřívějších pěti minut na několik sekund a stále máme ještě možnost zabudovat systém do výrobní linky a kontrolu plně automatizovat.“
 
Systém využívá speciální černobílou digitální kameru s rozlišením 1 380 × 1 035 obrazových bodů a na získaném obrazu nejprve najde všechny čtyři páry kontaktů, pak jednotlivé čočky, jejichž vzdálenost od základní destičky proměří. Výsledek měření ukáže na obrazovce (obr. 7) a zároveň zapíše do textového souboru. Kontrola systémem P400 je zde instalována již dva roky a za tu dobu ušetřila stovky hodin lidské práce.
 

Další plány

Výroba relé se bude ve společnosti Panasonic Electric Works Czech dále rozvíjet. V nejbližší době je plánována stavba druhé výrobní haly. Společnost se zároveň intenzivně zabývá vstupem do automobilového odvětví. Prvním počinem je přizpůsobení standardního mikrospínače podle zadání zákazníka z tohoto oboru. Tento český výrobní závod patří do Panasonic Electric Works Europe AG, což je evropská pobočka japonské společnosti Panasonic Electric Works (dříve Matsushita Electric Works).
(ev)
 
Obr. 1. Kontrola správné orientace kotev před vstupem do magnetizéru: kotvy postupují zleva; na šikmém úseku jsou zastaveny a snímány zdola optickým senzorem LightPix AE10 s vestavěným osvětlením LED
Obr. 2. Kotva relé osazená magnety
Obr. 3. Magnetizér kotev relé
Obr. 4. Kontrola nedolitých cívkových tělísek relé optickým senzorem LightPix
Obr. 5. Přeměřování výšky kontaktů v laboratoři (vlevo je upevněna kamera a vpravo měřené relé s osvětlovačem)
Obr. 6. Detailní pohled na relé určené k přeměření kontaktů
Obr. 7. Při přeměřování výšky kontaktů kamerovým systémem se na obrazovce ukáže jejich skutečné překrytí