SK8057Y1 - Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje - Google Patents

Abstract

Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje s kostrovým (navíjacím) bubnom (1) a/alebo tvarovacím bubnom (2) je riešený tak, že na pracovný priestor kostrového (navíjacieho) bubna (1) a/alebo na pracovný priestor tvarovacieho bubna (2) je nasmerovaný svetelný zdroj (3) a optická snímacia jednotka (4), pričom optická snímacia jednotka (4) je prepojená s vyhodnocovacou jednotkou (5). Operačný výstup vyhodnocovacej jednotky (5) je vyvedený do panela (6) operátora. Akčný vstup/výstup vyhodnocovacej jednotky (5) je vyvedený do riadiacej jednotky (7) kostrového (navíjacieho) bubna (1) a/alebo riadiacej jednotky (7) tvarovacieho bubna (2). Vyhodnocovacia jednotka (5) je prepojená s dispečingom (8) a s archivačnou jednotkou (9).

Description

Technické riešenie sa týka systému s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje (vo všeobecnosti na účely tohto technického riešenia je nutné pod termínom „konfekčný stroj“ chápať „stroj na výrobu pneumatík“ - TBM) a je určené na automatizované riadenie výrobného procesu bez nutnosti spomalenia alebo zastavenia konfekčného stroja - výrobnej linky využitím kamerových systémov počítačového videnia - CCVS. Technické riešenie spadá do oblasti gumárenského a strojárskeho priemyslu.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti prvá fáza výrobného cyklu vytvarovania surového plášťa pneumatiky pozostáva z navinutia vrstvy nosného textilného kordu, ťavej a pravej bočnice, na bubon konfekčného stroja. Po navinutí tejto vrstvy stroj zastaví a čaká na operátorom vykonanú vizuálnu kontrolu prítomnosti správneho materiálu, zmeranie príslušných parametrov, ako: šírky spoja (overlap), stranového posunu, centricity a vnútorného rozstupu medzi bočnicami. Ak sú zistené defekty, operátor ich ručne opraví a manuálne odošle polotovar nosného kordu s bočnicami do ďalšieho výrobného cyklu. Ak sú parametre správne, operátor manuálne odošle nosný kord s bočnicami do ďalšieho výrobného cyklu. Operátor na konfekčnom stroji vykonáva viacero úkonov a v prípade, že spoj vyhovuje výrobnej norme, stroj musí čakať na operátora a jeho manuálny pokyn na odoslanie polotovaru do ďalšieho výrobného cyklu. Operátor nemusí postrehnúť niektoré defekty.

V súčasnosti druhá fáza výrobného cyklu vytvarovania surového plášťa pneumatiky pozostáva z navinutia niekoľkých vrstiev tela plášťa pneumatiky na bubon konfekčného stroja (typicky štyri). Sú to vrstvy: BELT1, BELT2, CAPPLY a TREAD. Operátor priebežne sleduje náviny vrstiev na bubon a vykonáva vizuálnu kontrolu priebehu procesov a parametrov. Na záver je dôležitá vizuálna kontrola lícovania behúňa (tread). Po navinutí všetkých vrstiev stroj zastaví a čaká na operátorom vykonanú vizuálnu kontrolu lícovania behúňa. Ak je lícovanie nesprávne, operátor ručne lícovanie opraví a manuálne odošle polotovar surového plášťa pneumatiky do ďalšieho výrobného cyklu. Ak je lícovanie správne, operátor manuálne odošle polotovar do ďalšieho výrobného cyklu. Operátor na konfekčnom stroji vykonáva viacero úkonov a v prípade, že spoj vyhovuje výrobnej norme, stroj musí čakať na operátora a jeho manuálny pokyn na odoslanie polotovaru do ďalšieho výrobného cyklu. Operátor nemusí postrehnúť, či boli navinuté prvé tri vrstvy, ak áno, či boli navinuté v správnom poradí, ktoré sú na záver prekryté behúňom (tread).

Táto súčasná kontrola pri výrobe pneumatiky sa vykonáva vizuálne operátorom, overenie šírky sa vykonáva pomocou meradla. Po dlhšom pracovnom čase dochádza k únave operátora a k následnému zníženiu jeho ostražitosti, čo môže znížiť jeho pracovný výkon, ale hlavne môže dôjsť k zníženiu kvality výrobku v tejto fáze. Keďže ľudský faktor je vo výrobných procesoch hlavným nositeľom zníženia kvality a produktivity, bolo by preto žiaduce poskytovať taký systém kontroly, ktorý by uvedené nedostatky vo výrobe v značnej miere eliminoval. Naskytla sa tak možnosť riešiť opísaný problém technickými prostriedkami, ktoré sú schopné túto požiadavku zabezpečiť, čím by sa znížili náklady na pracovnú silu na dosiahnutie vyššieho stupňa kvality a produkcie. Bolo by tiež potrebné poskytnúť automatizovaný systém prevádzkových údajov z výrobného procesu pre potreby manažmentu výroby a tiež historické údaje o výrobe pre inšpekciu výrobného procesu - výrobku na ďalšie automatizované spracovanie s ohľadom zníženia nákladov a počtu pracovníkov podieľajúcich sa na procese výroby a kontroly.

Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaný systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa tohto úžitkového vzoru.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky kontroly kvality výrobného procesu pneumatiky odstraňuje systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa tohto úžitkového vzoru. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že na konfekčnom stroji s kostrovým (navíjacím) bubnom a/alebo tvarovacím bubnom je na pracovný priestor kostrového (navíjacieho) bubna a/alebo na pracovný priestor tvarovacieho bubna nasmerovaný svetelný zdroj a optická snímacia jednotka s digitálnym výstupom - CCD/CMOS kamera s vysokým rozlíšením a vysokou snímkovou frekvenciou pracujúca vo viditeľnom, infračervenom a ultrafialovom spektre svetla. Integrovaný optický zoom v CCD/CMOS kamere zabezpečí vyššiu presnosť meraní. Optická snímacia jednotka je prepojená dátovou zbernicou s vyhodnocovacou jednotkou. Svetelným zdrojom môže byť halogén, LED, IR, xenón, laser, UV. Optická snímacia jednotka s digitálnym výstupom je nakonfigurovaná tak, že na základe riadiaceho impulzu z výrobnej linky alebo aj bez neho, v reálnom čase vyhotovuje niekoľko statických digitálnych fotografií - obrázkov alebo videozáznamov kos2

SK 8057 Yl trového (navíjacieho) bubna vo výrobnom procese, na ktorom sa navíjajú jednotlivé komponenty - vrstvy zostavovania polotovarov na vytvarovanie surového plášťa budúcej pneumatiky. Snímaním vyrábaného polotovaru na kostrovom (navíjacom) bubne v výrobnom procese vyhodnocuje počet a poradie ukladaných vrstiev BELT1, BELT2, CAPPLY a TREAD. Vyhodnocovacia jednotka má operačný výstup, ktorý je vyvedený do panela operátora a má aj akčný výstup, ktorý je vyvedený do riadiacej jednotky kostrového (navíjacieho) bubna. Panel operátora obsahuje zobrazovaciu jednotku a ovládací člen. Vyhodnocovacia jednotka analyzuje obrázky, digitálne snímky s vysokým rozlíšením rozpracovaného surového plášťa a na základe stanovených výrobných parametrov, kde skúma prítomnosť jednotlivých komponentov, meria šírku surového plášťa, centricitu a prevedenie spojov jednotlivých vrstiev a analyzované dáta posiela do riadiacej jednotky výrobnej linky. Vyhodnocovacia jednotka používa algoritmus na počítačové spracovanie obrazu Open CV (open-souce Computer Vision) dostupný v knižnici na adrese: http://opencv.itseez.com/. Metódy spracovania obrazu v rámci Open C V môžu byť použité na vykonanie detekcie hrán a prítomnosti materiálu. Vyhodnocovacia jednotka následne vysiela riadiaci impulz alebo príkaz do riadiacej jednotky cez dátovú zbernicu na zastavenie alebo pokračovanie výrobného procesu. Vyhodnocovacia jednotka ďalej informuje o výsledkoch analýzy operátora o aktuálnom stave vyrábaného polotovaru a o prípadných ďalších úkonoch operátora, ako je napr. manuálna úprava spoja alebo pokračovanie v ďalšom výrobnom cykle káblovým alebo bezdrôtovým komunikačným systémom. Vyhodnocovacia jednotka je prepojená s archivačnou jednotkou, čím sa môžu analyzované údaje ukladať na ďalšie spracovanie, napr. audit príp. riešenie budúcich reklamácií. K danému výrobnému cyklu pridruží jedinečné číslo transakcie (čiarový kód - bar code), časovú značku, status procesu, namerané hodnoty, meno operátora, obrázky. Vyhodnocovacia jednotka je taktiež prepojená s dispečingom, resp. manažérskym systémom riadenia výroby a kvality. Vyhodnocovacia jednotka je pripojená na dátovú zbernicu. Dátové zbernice môžu byť Firewire IEEE-1394, Modbus, RS485, Ethernet cez optické vlákno alebo medený vodič a pod. Vyhodnocovacia jednotka obsahuje systém automatického ciachovania, kde kalibračným údajom je šírka kostrového (navíjacieho) bubna a na ňom umiestnená pomocná značka. Vyhodnocovacia jednotka je prepojená dátovou komunikačnou zbernicou s riadiacou jednotkou stroja, cez ktorú prijíma informácie potrebné na nastavenie parametrov kontroly pri výrobe rôznych druhov plášťov - výrobné recepty, pre horizontálny a vertikálny smer ako počet a poradie vrstiev, materiálov, šírky vrstiev, uhla radiálnych oceľových drôtov, centricity, prekrytia spojov (overlap).

Obdobne je riešený systém aj v následnom výrobnom procese. Optická snímacia jednotka s digitálnym výstupom je nakonftgurovaná tak, že na základe riadiaceho impulzu z výrobnej linky alebo aj bez neho, v reálnom čase vyhotovuje niekoľko statických digitálnych fotografií - obrázkov alebo videozáznamov tvarovacieho bubna vo výrobnom procese, na ktorom sa navíjajú jednotlivé komponenty - nosného kordu a ľavej a pravej bočnice budúcej pneumatiky. Snímaním vyrábaného polotovaru na tvarovacom bubne vo výrobnom procese vo fáze navíjania nosného kordu vyhodnocuje prítomnosť správneho materiálu, šírku spoja, overlap, stranový posun a centricitu; vo fáze navíjania ľavej a pravej bočnice vyhodnocuje prítomnosť správneho materiálu, šírku spoja (presné lícovanie, presah, rozídenosť), stranový posun, centricitu a vnútorný rozstup medzi bočnicami. Vyhodnocovacia jednotka analyzuje digitálne obrázky, snímky alebo videozáznamy s vysokým rozlíšením rozpracovaného surového plášťa a na základe stanovených výrobných parametrov, kde skúma prítomnosť jednotlivých komponentov, meria parametre a analyzované dáta posiela do riadiacej jednotky výrobnej linky. Ostatný systém je obdobný s tým, že vyhodnocovacia jednotka prijíma výrobné recepty, parametre jednotlivých plášťov cez dátovú komunikačnú zbernicu, prítomnosť materiálu kordu, šírky spoja, overlap, stranového posunu, centricity, materiálu ľavej a pravej bočnice a vnútorného rozstupu medzi bočnicami.

Výhody systému s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa tohto úžitkového vzoru sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavujú navonok. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že originalita riešenia spočíva v zavedení tzv. počítačového videnia, ktorého hlavnou výhodou je zvýšenie rýchlosti a kvality pri vizuálnej kontrole výrobných parametrov polotovaru surového plášťa pneumatiky. Vďaka implementácii uvedeného systému sa výrazne zníži vplyv ľudského faktora pri rozhodovaní vo výrobnom procese, čo má priamy vplyv na kvalitu výroby a v špecifických výrobných procesoch aj na ochranu ľudského zdravia správnou implementáciou navrhovaného systému.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje je zobrazený na priložených výkresoch. Na obrázku 1 je zobrazená bloková schéma zapojenia vzťahujúca sa ku kostrovému (navíjaciemu) bubnu výrobného procesu pneumatiky na konfekčnom stroji. Na obrázku 2 je zobrazená bloková schéma zapojenia vzťahujúca sa k tvarovaciemu bubnu výrobného procesu pneumatiky na konfekčnom stroji. Na obrázku 3 je zobrazená prvá vrstva BELT1 surovej pneumatiky na kostrovom (navíjacom) bubne. Na obrázku 4 je zobrazená druhá vrstva BELT2 surovej pneumatiky na kostrovom (navíja3

SK 8057 Υ1 com) bubne. Na obrázku 5 je zobrazená tretia vrstva CAPPLY surovej pneumatiky na kostrovom (navíjacom) bubne. Na obrázku 6 je zobrazená štvrtá vrstva TREAD surovej pneumatiky na kostrovom (navíjacom) bubne pri optimálnom nadpojení materiálu (bez chyby). Na obrázku 7 je zobrazená štvrtá vrstva TREAD surovej pneumatiky na kostrovom (navíjacom) bubne s chybou a to nedostatočným vertikálnym nadpojením vrstvy (rozídenosť). Na obrázku 8 je zobrazená štvrtá vrstva TREAD surovej pneumatiky na kostrovom (navíjacom) bubne s chybou horizontálneho posunu vrstvy. Na obrázku 9 je zobrazená štvrtá vrstva TREAD surovej pneumatiky na kostrovom (navíjacom) bubne s chybou nesymetrického vertikálneho nadpojenia (rozídenosť). Na obrázku 10 je zobrazená správne navinutá vrstva kordu surovej pneumatiky na tvarovacom bubne. Na obrázku 11 sú zobrazené správne navinuté bočnice surovej pneumatiky na tvarovacom bubne. Na obrázku 12 je zobrazená s veľkým prekrytím chybne navinutá vrstva kordu surovej pneumatiky na tvarovacom bubne. Na obrázku 13 sú zobrazené s veľkým bočným posuvom chybne navinuté bočnice surovej pneumatiky na tvarovacom bubne. Na obrázku 14 je zobrazená s veľkým vonkajším odchlýpnutím chybne navinutá ľavá bočnica surovej pneumatík na tvarovacom bubne, pričom pravá bočnica má veľkú vertikálnu medzeru.

Príklady uskutočnenia

Jednotlivé uskutočnenia podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Odborníkom poznajúcim stav techniky nemôže robiť problém optimálne navrhnutie systému automatizovanej kontroly pri výrobe surových automobilových plášťov a výber jeho prvkov, preto tieto znaky neboli detailne riešené.

Príklad 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa tohto úžitkového vzoru vo výrobnej linke na konfekčnom stroji vo výrobnom procese, ako je to znázornené na obrázku 1, kde výstupným produktom sú postupne bezchybne navíjané vrstvy zobrazené na obrázkoch 3 až 6. Na konfekčnom stroji s kostrovým (navíjacím) bubnom 1 je na pracovný priestor kostrového (navíjacieho) bubna j_ nasmerovaný svetelný zdroj 3 LED a optická snímacia jednotka 4 s digitálnym výstupom CCD/CMOS kamera, ktoré sú prepojené s vyhodnocovacou jednotkou 5 na zisťovanie chýb surových automobilových plášťov, ktoré sú znázornené na obrázkoch 7 až 9. Vyhodnocovacia jednotka 5 má operačný výstup, ktorý je vyvedený do panela 6 operátora a má aj akčný výstup, ktorý je vyvedený do riadiacej jednotky 7 kostrového (navíjacieho) bubna 1. Panel 6 operátora obsahuje zobrazovaciu jednotku a ovládací člen 12. Vyhodnocovacia jednotka 5 je prepojená s archivačnou jednotkou 9. Vyhodnocovacia jednotka 5 je taktiež prepojená s dispečingom 8, resp. manažérskym systémom riadenia výroby a kvality. Vyhodnocovacia jednotka 5 je pripojená na dátovú zbernicu 10 a obsahuje systém automatického ciachovania, kde kalibračným údajom je šírka kostrového (navíjacieho) bubna j_ a pomocné značky 13 vo výrobnom procese. Vyhodnocovacia jednotka 5 je prepojená dátovou komunikačnou zbernicou 11 s riadiacou jednotkou 7 stroja, cez ktorú prijíma informácie potrebné na nastavenie parametrov kontroly pri výrobe rôznych druhov plášťov - pre horizontálny a vertikálny smer ako počet a poradie vrstiev, materiálov, šírky vrstiev, uhla radiálnych oceľových drôtov, centricity, prekrytia spojov (overlap).

Príklad 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa tohto úžitkového vzoru vo výrobnej linke na konfekčnom stroji vo výrobnom procese, ako je to znázornené na obrázku 2, kde výstupným produktom sú postupne bezchybný kord a dve bočnice zobrazené na obrázkoch 10 a 11. Na konfekčnom stroji s tvarovacím bubnom 2 je na pracovný priestor tvarovacieho bubna 2 nasmerovaný svetelný zdroj 3 LED a optická snímacia jednotka 4 s digitálnym výstupom - CCD/CMOS kamera, ktoré sú prepojené s vyhodnocovacou jednotkou 5 na zisťovanie chýb surových automobilových plášťov, ktoré sú znázornené na obrázkoch 12 až 14. Vyhodnocovacia jednotka 5 má operačný výstup, ktorý je vyvedený do panela 6 operátora a má aj akčný výstup, ktorý je vyvedený do riadiacej jednotky 7 tvarovacieho bubna 2. Panel 6 operátora obsahuje zobrazovaciu jednotku a ovládací člen 12. Vyhodnocovacia jednotka 5 je prepojená s archivačnou jednotkou 9. Vyhodnocovacia jednotka 5 je taktiež prepojená s dispečingom 8, resp. manažérskym systémom riadenia výroby a kvality. Vyhodnocovacia jednotka 5 je pripojená na dátovú zbernicu 10 a obsahuje systém automatického ciachovania, kde kalibračným údajom je šírka bubna a na ňom umiestnené pomocné značky 13. Vyhodnocovacia jednotka 5 je prepojená dátovou komunikačnou zbernicou 11 s riadiacou jednotkou 7 stroja, cez ktorú prijíma informácie potrebné na nastavenie parametrov kontroly pri

SK 8057 Yl výrobe rôznych druhov plášťov - prítomnosť materiálu kordu, šírky spoja, overlap, stranového posunu, centrický, materiálu ľavej a pravej bočnice, a vnútorného rozstupu medzi bočnicami.

Priemyselná využiteľnosť

Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje nachádza priemyselné využitie vo výrobných linkách so zaradenými konfekčnými strojmi.

Claims (8)

1. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje s kostrovým (navíjacím) bubnom a/alebo tvarovacím bubnom, vyznačujúci sa tým, žena pracovný priestor kostrového (navíjacieho) bubna (1) a/alebo na pracovný priestor tvarovacieho bubna (2) je nasmerovaný svetelný zdroj (3) a optická snímacia jednotka (4), pričom optická snímacia jednotka (4) je prepojená s vyhodnocovacou jednotkou (5); operačný výstup vyhodnocovacej jednotky (5) je vyvedený do panela (6) operátora; akčný výstup vyhodnocovacej jednotky (5) je vyvedený do riadiacej jednotky (7) kostrového (navíjacieho) bubna (1) a/alebo riadiacej jednotky (7) tvarovacieho bubna (2).

2. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhodnocovacia jednotka (5) je prepojená s dispečingom (8).

3. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhodnocovacia jednotka (5) je prepojená s archivačnou jednotkou (9).

4. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhodnocovacia jednotka (5) je pripojená na dátovú zbernicu (10).

5. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhodnocovacia jednotka (5) obsahuje systém automatického ciachovania, kde kalibračným údajom je šírka kostrového (navíjacieho) bubna (1) a pomocné značky (13).

6. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhodnocovacia jednotka (5) obsahuje systém automatického ciachovania, kde kalibračným údajom je šírka tvarovacieho bubna (2) a pomocné značky (13).

7. Systém s video analytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vy z n a č u j ú c i sa tým, že panel (6) operátora obsahuje zobrazovaciu jednotku a ovládací člen (12).

8. Systém s videoanalytickým vyhodnocovaním parametrov procesu montáže pneumatík pre konfekčné stroje podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vyhodnocovacia jednotka (5) je prepojená s riadiacou jednotkou stroja (7) cez dátovú komunikačnú zbernicu (11).

4 výkresy