Système de vision en fin de ligne Poka-Yoke pour les assemblages de moteurs et de boîtes de vitesses : détection automatisée des composants manquants ou mal installés

Aperçu

Les composants manquants ou mal installés comptent parmi les défauts d’assemblage les plus difficiles à identifier manuellement en fin de ligne de production automobile.

Pour les moteurs diesel, les moteurs à essence, les boîtes de vitesses et autres assemblages automobiles, un système de vision Poka-Yoke en fin de ligne peut inspecter automatiquement des composants critiques tels que les boulons, les courroies crantées, les plaques signalétiques, les certificats, les ventilateurs et les filtres .

En combinant convoyage par plaque à chaîne, caméras industrielles, inspection robotisée, lecture de codes et vérification basée sur l’image, le système constitue un point de contrôle qualité en ligne avant que l’assemblage terminé ne quitte la ligne de production.

Le système décrit prend en charge un rythme de production de 70 secondes et un taux de précision de 99 % spécifié publiquement , avec rétention d’images, traçabilité et analyse des données relatives aux assemblages manquants ou incorrects.

1. Pourquoi l’absence ou l’erreur d’assemblage constitue un risque critique en fin de ligne

Les défauts d’assemblage diffèrent des défauts dimensionnels classiques.

Une déviation dimensionnelle peut souvent être identifiée à l’aide d’un calibre ou d’un système de mesure. En revanche, les erreurs d’assemblage peuvent nécessiter une vérification de la présence effective d’un composant, de son positionnement correct ou de sa configuration adéquate.

Sur une ligne d’assemblage de moteur ou de boîte de vitesses, les opérateurs doivent parfois confirmer :

• Si les boulons sont installés
• Si la courroie trapézoïdale est correctement installée
• Si la plaque signalétique est présente
• Si le certificat est joint
• Si le ventilateur est installé
• Si le filtre est installé
• Si les autres composants spécifiés sont présents et correctement positionnés

Lorsque le temps de cycle de production est court et que le nombre de composants est élevé, s’appuyer entièrement sur une inspection visuelle manuelle génère une charge de travail répétitive importante.

Pourquoi l’inspection en fin de ligne est-elle essentielle ?

Si un composant manquant ou mal installé n’est pas détecté avant que l’assemblage ne quitte la ligne, le problème ne deviendra peut-être évident qu’en aval, lors de l’assemblage suivant, des essais du véhicule ou du service après-vente.

Une station d’inspection automatisée en fin de ligne fournit un point de vérification final :

Assemblage → Inspection visuelle → Résultat OK / NG → Traçabilité → Mise en circulation ou reprise

L’objectif n’est pas simplement de remplacer les opérateurs. Le système fournit plutôt une vérification automatisée constante des éléments d’inspection définis et crée un enregistrement de l’état de l’assemblage à la fin de la production.

2. Configuration de l’équipement : convoyeur à plaques articulées + inspection visuelle robotisée

Le système d’inspection en fin de ligne décrit utilise un convoyeur à plaques articulées et une configuration d’inspection robotisée .

Selon la structure de l’assemblage et la répartition des points d’inspection, le système peut utiliser soit un seul robot, soit plusieurs robots.

Convoyage à plaques articulées

Le convoyeur à plaques articulées transporte l’assemblage moteur ou boîte de vitesses à travers la station d’inspection.

Le système de convoyage définit une position d’inspection précise et intègre le processus d’inspection dans la chaîne de production.

Inspection par caméra robotisée

Les robots déplacent ou positionnent les caméras d’inspection autour de l’assemblage.

Cela est important, car les assemblages de groupe motopropulseur automobile présentent des géométries tridimensionnelles complexes. Les points d’inspection peuvent être répartis sur :

• Les surfaces supérieures
• Les surfaces latérales
• Les zones avant et arrière
• Les faces terminales
• Les régions encastrées
• D’autres emplacements spécifiques aux composants

Une configuration robotique permet au système d’inspection d’atteindre différentes positions de visionnage sans nécessiter un grand nombre de caméras fixées de façon permanente.

3. Que peut inspecter le système ?

Le système peut être configuré pour détecter les composants manquants ou mal installés, conformément aux exigences d’inspection du client.

Les objets d’inspection typiques comprennent :

Boulons

Le système peut vérifier si les positions spécifiées des boulons contiennent bien les composants attendus.

Si l’inspection doit déterminer uniquement présence ou évaluer également la position de serrage, l’orientation ou d’autres caractéristiques doit être défini lors de la spécification du projet.

Courroies crantées

Pour les moteurs équipés de courroies crantées, la vision industrielle peut vérifier la présence de la courroie et si son tracé visible correspond à la condition d’inspection définie.

Plaques signalétiques et certificats

Le système peut vérifier la présence et la position des composants liés à l’identification.

Les fonctions de lecture de codes peuvent également être intégrées lorsque l’identification du produit ou sa traçabilité est requise.

Ventilateurs et filtres

Le système de vision peut vérifier la présence et l’état visible de montage des composants spécifiés.

Les critères d’inspection réels dépendent de la géométrie du composant et du fait que la caractéristique pertinente reste visible après l’assemblage.

4. Au-delà de OK/NG : lecture de codes et traçabilité par image

L’une des fonctionnalités importantes d’un système de vision en fin de ligne est qu’il fait plus que simplement émettre un résultat OK ou NG.

Le système décrit peut intégrer :

• La lecture de codes
• Inspection par Vision Artificielle
• La capture d’image globale de l’assemblage
• Réexamen manuel
• Traçabilité
• L’analyse des données d’assemblage manquantes ou incorrectes

Conservation globale de l’image

L’image complète de l’assemblage peut être conservée dans le cadre du dossier d’inspection.

Cela assure une fonction essentielle de traçabilité.

Si un problème de qualité est détecté ultérieurement, en aval de l’assemblage ou après livraison, le fabricant peut récupérer l’image enregistrée et vérifier l’état de l’assemblage au moment où il a quitté la chaîne de production.

Cela permet de déterminer si le défaut était déjà visible lors de l’inspection en fin de ligne ou s’il s’est produit durant une étape ultérieure.

5. Spécifications techniques

Les spécifications suivantes sont fondées sur des informations produits publiques concernant le système personnalisé décrit.

Élément	Spécification
Type d'équipement	Convoyeur à plaques articulées + inspection par vision robotique
Application	Véhicules commerciaux, véhicules particuliers et applications liées aux véhicules à énergie nouvelle
Pièces à inspecter	Ensembles de moteurs diesel, ensembles de moteurs essence, ensembles de boîtes de vitesses
Dimensions de l'équipement	Environ 11,23 × 5,04 × 3,14 m
Configuration	Robot unique ou plusieurs robots
Cadence de production	70 secondes, personnalisable selon la pièce à inspecter
Précision spécifiée publiquement	99%
Caméra industrielle	20 MP
Éclairage	Source lumineuse grande et haute luminosité + barres lumineuses haute luminosité
Options de robot	FANUC, ABB, KUKA, Yaskawa, SIASUN, ELITE et autres
Système de commande	Siemens, Mitsubishi, ordinateur industriel Advantech
Fonctions d’inspection	Lecture de codes, inspection des composants, capture d’image globale, réinspection manuelle, traçabilité et analyse des données
Conception des équipements	Personnalisé / non standard

Les configurations réelles de la caméra, de l’éclairage, du robot et des logiciels doivent être choisies en fonction de la structure d’assemblage et des exigences d’inspection.

6. Considérations clés pour la sélection

6.1 Définir chaque élément d’inspection avant la conception du système

« Vérifier si le boulon est installé » et « vérifier si le boulon est correctement serré » sont deux exigences d’inspection différentes.

De même :

• La courroie est-elle présente ?
• La courroie est-elle correctement guidée ?
• La plaque signalétique est-elle présente ?
• Le code d’identification est-il lisible ?
• Un tuyau est-il raccordé ?
• Le tuyau est-il raccordé dans la bonne orientation ?

Ces exigences peuvent nécessiter des méthodes d’imagerie différentes et une logique d’inspection distincte.

Par conséquent, la première étape doit consister à établir une liste complète d’éléments à inspecter et à définir les critères d’acceptation pour chaque élément.

6.2 Quantité de robots selon la répartition des points d’inspection

Un moteur ou un ensemble de transmission complet comporte des points d’inspection répartis sur plusieurs surfaces.

Un seul robot peut suffire pour certaines configurations, tandis que plusieurs robots peuvent être requis lorsque :

• Les points d’inspection sont largement répartis
• Plusieurs angles de vue sont nécessaires
• Certaines zones sont difficiles d’accès
• Le rythme de production est serré
• L’acquisition d’images en parallèle est requise

Le nombre de robots doit donc être déterminé à partir de la carte réelle des points d’inspection, et non simplement à partir de la taille globale de la pièce.

6.3 Les exigences relatives au stockage des images doivent être définies tôt

La conservation d’images de l’ensemble de l’assemblage peut offrir une traçabilité précieuse, mais elle génère également des besoins en stockage de données.

Avant la mise en service, le projet doit définir :

• Quelles images doivent être conservées
• Résolution de l'image
• Format de fichier
• Durée de conservation
• Nombre d’assemblages produits par jour
• Capacité de stockage
• Méthode de récupération des données

Il est préférable d’inclure ces exigences dans la spécification technique avant la livraison de l’équipement.

6.4 Les spécifications de précision publiques doivent être validées à l’aide d’échantillons réels

La spécification système publiée indique une précision de 99%.

Cette valeur doit être comprise comme une spécification publiée au niveau du produit, et non comme une garantie universelle applicable à chaque application d’inspection.

Les performances réelles dépendent de facteurs tels que :

• Visibilité des composants
• Résolution de la caméra
• Éclairage
• État de surface
• Occlusion
• Variation du produit
• Algorithme d’inspection
• Qualité de l'échantillon
• Critères d’acceptation définis

Pour les éléments d’inspection critiques pour la sécurité ou à conséquences élevées, les critères d’acceptation doivent donc être définis séparément et validés à l’aide d’échantillons représentatifs issus de la production.

7. Que se passe-t-il lorsque le système ne parvient pas à prendre une décision claire ?

Aucun système de vision artificielle ne doit être conçu sur la base de l’hypothèse selon laquelle chaque image sera toujours classifiable de façon parfaite.

Dans des environnements de production réels, les composants peuvent être partiellement obstrués, l’éclairage peut varier, les surfaces peuvent refléter la lumière ou une caractéristique d’inspection peut tout simplement ne pas être visible sous l’angle disponible.

Un système pratique peut donc inclure un processus de réinspection manuelle pour les cas définis comme incertains ou non conformes.

Le flux de travail peut être le suivant :

Inspection automatique → Résultat clairement conforme → Mise en circulation

Inspection automatique → Résultat clairement non conforme → Retravail / Rejet

Inspection automatique → Résultat incertain → Réinspection manuelle

Cette approche permet à l’automatisation de traiter les inspections répétitives tout en préservant une méthode contrôlée pour les cas exceptionnels.

8. Production multi-modèle et changement de produit

Les usines automobiles produisent couramment plusieurs modèles de moteurs ou de boîtes de vitesses sur la même ligne de production.

Un système de vision en fin de ligne peut intégrer la lecture de codes et la commutation de programme produit afin que le programme d’inspection approprié soit sélectionné en fonction du modèle identifié.

Un processus typique est le suivant :

Identification du produit → Sélection du programme → Sélection du parcours du robot → Inspection spécifique au modèle → Enregistrement des résultats

Toutefois, les différents modèles peuvent présenter des différences importantes en ce qui concerne :

• Dimensions globales
• L’emplacement des composants
• Points d’inspection
• Positions de la caméra
• Les parcours du robot
• Critères d'acceptation

Par conséquent, la liste complète des produits doit être évaluée avant de confirmer la compatibilité multi-modèles.

9. Capacités d’inspection par vision chez Big Bird Industrial / CN ISEE

Big Bird Industrial, anciennement Harbin Shimada Big Bird Industrial, propose des solutions intégrées de nettoyage industriel et de vision artificielle pour l’industrie automobile et la fabrication de précision.

Son activité spécialisée en vision artificielle, CN ISEE , couvre six grands domaines de solutions :

• Orient See — inspection dimensionnelle et géométrique
• Surface See — inspection des défauts de surface
• Assembly See — inspection d’assemblage et protection contre les erreurs
• Inner See — inspection des alésages et des parois intérieures
• Paint See — inspection des défauts de surface peinte
• Plateforme logicielle et algorithmique — solutions logicielles et algorithmiques de vision industrielle

Le Assembly See cette série se concentre sur la vérification d’assemblage et les applications d’anti-erreurs, notamment l’inspection en fin de ligne des moteurs, boîtes de vitesses et autres ensembles automobiles.

Selon le projet, le système peut combiner vision industrielle, lecture de codes, inspection robotisée, conservation d’images, réinspection manuelle et fonctions de traçabilité.

10. Questions fréquentes

Q : Que se passe-t-il lorsque la précision publiée est de 99 % ? Et pour les cas restants ?

Le chiffre publié de 99 % ne doit pas être interprété comme signifiant que chaque condition d’inspection possible produira exactement le même résultat.

Des cas incertains peuvent résulter d’occlusions, de conditions d’éclairage, de variations de composants ou de caractéristiques insuffisamment visibles.

Un système pratique peut donc inclure une réinspection manuelle pour des cas incertains définis, tandis que les échantillons collectés peuvent servir à améliorer les paramètres et les algorithmes d’inspection.

Q : Pourquoi plusieurs robots sont-ils nécessaires ?

Les ensembles automobiles sont tridimensionnels et les points d’inspection peuvent être répartis dans plusieurs directions.

Plusieurs robots peuvent répartir la charge de travail d’inspection par zone de vision ou par groupe d’inspection, ce qui permet de réduire les déplacements des robots et de maintenir des conditions d’imagerie plus constantes.

La configuration finale des robots doit être déterminée en fonction de la répartition des points d’inspection et du temps de cycle de production requis.

Q : Quelle est la valeur pratique de conserver une image globale de l’ensemble ?

L’image globale fournit un enregistrement visuel original de l’état de l’ensemble au point d’inspection en fin de ligne.

Si un problème de qualité est identifié ultérieurement, le fabricant peut récupérer l’enregistrement correspondant et examiner l’état de l’ensemble au moment de l’inspection.

Cela contribue à la traçabilité, à l’analyse de la qualité et à l’amélioration des procédés.

Q : Le système peut-il inspecter différents modèles de moteurs ?

Oui, le système peut être conçu pour l’identification des produits et la commutation automatique entre plusieurs programmes modèles.

Toutefois, la compatibilité réelle dépend des différences de dimensions d’assemblage, d’emplacement des composants, d’exigences d’inspection et de trajectoires robotisées.

Une liste complète des modèles de moteurs et de boîtes de vitesses doit donc être fournie lors de la conception du système afin d’évaluer les programmes d’inspection requis ainsi que les configurations robotisées.

Conclusion

Un système visuel de poka-yoke en fin de ligne constitue un point de contrôle qualité automatisé pour des assemblages automobiles complexes.

Pour les moteurs et les boîtes de vitesses, le système peut combiner :

Lecture de codes + Vision robotisée + Vérification des composants + Conservation d’une image globale + Réinspection manuelle + Traçabilité

La clé d’un système réussi ne réside pas uniquement dans le choix d’une caméra haute résolution. Les exigences d’inspection doivent d’abord être traduites en éléments d’inspection clairement définis, critères d’acceptation, positions des caméras, trajectoires robotisées, conditions d’éclairage et exigences de conservation des données .

Avec la configuration appropriée, l’inspection visuelle automatisée peut fournir une étape finale de vérification constante avant qu’un moteur ou un ensemble de transmission ne quitte la chaîne de production.

Big Bird Industrial / CN ISEE peut développer des systèmes personnalisés de vision industrielle en fin de ligne et de sécurisation des assemblages, adaptés à la structure des pièces, aux critères d’inspection, aux variations de produit et au rythme de production.