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燃料噴射調節器の検査:1週間で投資を回収した画像処理システム ―高コストの欠陥を1週間で2件検出―

Pontiac Automotive Coil being inspected

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Pontiac Coil社は、自動車、トラック輸送、モバイル機器、医療、情報技術、電気通信アプリケーション用の電気コイル、ソレノイド、電気機械デバイスを製造しています。同社では長い間、ディーゼルエンジン用燃料調節器の製造において、すべての部品を手動で検査し、先端のタワーキャップがピンやネジで確実に取り付けられているか、先端のタワーが確実にはんだ付けされているか、などを確認していました。この部品に欠陥があると、2,000ドルの違約金を支払わなければなりません。Pontiac Coil社では以前、同様のアプリケーションに10,700ドルの画像処理システムを使用していましたが、画像処理システムの販売代理店に、よりコスト効率のよいソリューションがないかと問い合わせ、検討することにしました。

McNaughton-McKay Electric社の一部門であり、マシンビジョンソリューションの認定ソリューションプロバイダでもあるVision Traceability Group(VTG)は、約3,700ドルのIn-Sight® Micro 1050ビジョンシステムの使用を提案しました。Pontiac Coil社の製造エンジニアである Rob Osgood氏は、画像処理システムのグラフィカルユーザインタフェースを使用して1週間でアプリケーションを開発し、わずか90分間で生産ラインに設置しました。Osgood氏は「In-Sight ビジョンシステムは、さまざまな部品を完璧に検査する能力が有ることを示しました。稼動を開始した最初の1週間で、2件の欠陥を検出し、投資を回収できました。」と述べています。

燃料噴射調節器の製造
Pontiac Coil社における製造の基盤は、品質管理とプロセス制御です。Delphi社、Eaton社、Visteon社、Cummins社、American Axle社、Behr社、Honeywell社、Husco社、Teleflex社、Bosch社、Usui社、Ogura社などを顧客としています。Pontiac Coil社の従業員は340名で、米国ミシガン州クラークストンに本社があり、工場が米国アーカンソー州サーシーと英国ノッティンガムにあります。

大半のディーゼルエンジンでは、燃料噴射装置を使用して、霧化した燃料をエンジンシリンダに噴射します。燃料噴射装置の制御のため、電子タイミング回路から電気パルスが正確なタイミングで発振されます。このパルスは、ソレノイド固定子アセンブリに伝送されます。これにより磁力が発生し、燃料噴射装置に取り付けられているソレノイドプランジャが作動して、各エンジンシリンダへの燃料の噴射が制御されます。ソレノイド固定子アセンブリの筐体は、内部の電子部品を保護しており、往復運動するソレノイドプランジャに対して電子部品は正確に位置決めされています。

また、Pontiac Coil社は、大型トラックで使用されるディーゼルエンジン用の調節器を数種類製造しています。これらの調節器の高電位遮断条件を検査するため、ダイヤルマシン上で高電圧を印加して、電圧が筐体を透過しないことを確認します。このマシンでは、漏電テストと本体内部のねじ山のレーザー検査も実行されます。すべてのテストに合格した部品には、固有のシリアル番号がレーザーエッチングされます。ダイヤルマシンへの取り付けと取り外しは手動で行います。以前は、手動検査は調節器の留め金具の検査のみで、それが重要でした。

このラインで検査される2種類の異なる調節器では、ピンと星型ネジの2種類の留め金具が使用されており、正しいネジが使用されているかどうかを検査しなければなりません。また、すべての端子が、筐体と適切に接続されるように、はんだ付けされている必要もあります。さらに、筐体の空洞の左右にある円形の突起が脱落し易いため、調節器にその突起が存在するかどうかも検査しなければなりません。Pontiac Coil社は、同様のアプリケーションで高価な画像処理システムを多数使用してきました。このような複雑なシステムを構成するには、多くの場合、専門のコンサルタントにお願いする必要がありました。

フィージビリティスタディ
VTGのセールスエンジニアであるTim McLennan氏は、Pontiac Coil社を訪問して、アプリケーションを調査し、その結果、より安価なコグネックスの画像処理システムを使用して部品を検査することが可能性であると評価しました。McLennan氏はサンプル部品を同社の画像処理研究室に持ち帰り、VTGのアプリケーションエンジニアであるJim Witherspoon氏がフィージビリティスタディを実行しました。Witherspoon氏は、研究室での実験の結果、このアプリケーションの鍵となるのは照明であるという結論に至りました。Witherspoon氏の報告書は次のように結論づけています。「さまざまな直接リングライトを使用できますが、このアプリケーションにはCCS社の高輝度リングライトが最適です。はんだがある場合、先端が白く光ります。はんだがない場合、先端は暗いままです。この照明で、ピンとネジの検査も適切に実行できます。」

Witherspoon氏は、In-Sight Micro 1050ビジョンシステムを推奨しました。このシステムには EasyBuilderとスプレッドシートアプリケーション開発インタフェースがあるからです。In-Sight Microビジョンシステムは、カメラ、プロセッサ一体型のオールインワンの小型のパッケージで、強力な画像処理アプリケーションを経済的なコストで実現できます。さらに、In-Sightビジョンシステムには、画像処理アプリケーションの構築を行うのに、そのプロセスをステップバイステップで簡単にできるEasyBuilderインタフェースがあります。In-Sight Micro の筐体はわずか30mm×30mm×60mmで、解像度は640×480(VGA)です。

In-Sight Microビジョンシステムはリモートヘッドカメラ程度のサイズであるため、ロボットや製造ライン、機械装置の上の非常に狭いスペースに取り付けるのに最適です。サイズが小さいというだけでなく、独自の非線形キャリブレーションツールがあるので、真上からの視野を得ることが難しいアプリケーションでは最大45度の角度で斜めから取り付けることができます。また、Ethernet接続のため、画像処理システムの入出力が単純になり、アプリケーションによっては、製造システムと直接通信することでプログラマブルロジックコントローラ(PLC)のコストが削減できることもあります。

画像処理アプリケーションの開発
Pontiac Coil社の製造エンジニアであるRob Osgood氏は、「フィージビリティスタディによって、In-Sightビジョンシステムが適正部品と不良部品を識別できることが示されました。そこで、アプリケーションを開発して画像処理システムを製造システムに統合する作業を引き受けました。」と語っています。Osgood氏は、はじめに、画像処理システムを取り付け、それをEthernetケーブルでネットワークスイッチに接続しました。画像処理システムの電力はPower over Ethernet(PoE)アダプタから供給されます。照明とレンズは、VTGが推奨するものを使用しました。Osgood氏が、画像処理システムにネットワーク上のIPアドレスを設定すると、製造システムPLCを制御するAllen Bradley製PLCが即座に画像処理システムを認識しました。EasyBuilderインタフェースにより、PLCとの通信に必要なAllen Bradley ControlLogixコマンドが自動的に生成されます。

Osgood氏は、スプレッドシート機能を使用して、2値化や濃淡値のストレッチなどのフィルタリング操作を各ネジ位置で実行しました。また、調節器の筐体に存在するはずの留め金具のサーチには、一連のコントラストツールを使用しました。これらのコントラストツールは、5個のネジと2個の円形突起があるはずの各領域について、暗ピクセルに対する明ピクセルの数を計測します。ネジや円形突起の存在が確認されると、次のステップで、パターンツールを使用して調節器上の各留め金具の種類を検査します。

はんだが存在することを検査するには、各端子のグレースケール画像を2値化して計測します。Osgood氏は、円形突起を識別するため、各突起について円形のサーチをし、その直径を調べました。そして、EasyBuilderのポイント&クリック通信設定を使用して、画像処理システムが検査後に検査結果をPLCに送信するよう設定しました。設置段階で、カラーツールグラフィック、結果テーブル、フィルムストリップ機能を使用することに依り、作業者や保守スタッフが画像を確認し、不良部品識別の検証とアプリケーションのトラブルシューティングを行うことができます。

Osgood氏は次のように結論づけています。「この画像処理アプリケーションは、検査ラインの人員を削減しながら品質を向上させるために有効でした。欠陥に対して2,000ドルの違約金が課せられているため、この画像処理システムの比較的安価なコストを回収するのは簡単でした。この画像処理システムを運用して6か月経ちましたが、その間、不良部品を合格にしたり、適正部品を不合格にしたりしたことはありません。結果的に、作業者を手動検査から解放して生産的な仕事への再配置ができ、部品の装着と取り外しの作業以外には、作業者を必要とせずに検査システムを運用できるようになりました。この画像処理システムの使い易さによって、設計やプロセスの変更に対して対応するためのプログラム変更が簡単にできます。最も重要なことは、クリティカルな留め金具関連の欠陥がないと確信を持てることです。」

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