Sistema di visione artificiale Poka-Yoke in fase finale per assiemi di motori e trasmissioni: rilevamento automatico di componenti mancanti o installati in modo errato

Panoramica

I componenti mancanti o installati in modo errato sono tra i difetti di assemblaggio più difficili da identificare manualmente alla fine della linea di produzione automobilistica.

Per motori diesel, motori a benzina, trasmissioni e altri assemblaggi automobilistici, un sistema di visione poka-yoke per il controllo finale può ispezionare automaticamente componenti critici quali viti, cinghie poly-V, targhette, certificati, ventilatori e filtri .

Combinando il trasporto mediante catena a piastre, telecamere industriali, ispezione robotizzata, lettura codici e verifica basata su immagini, il sistema fornisce un checkpoint di qualità in linea prima che l’assemblaggio completato lasci la linea di produzione.

Il sistema descritto supporta un takt time di produzione di 70 secondi e un tasso di accuratezza pubblicamente specificato del 99% , con conservazione delle immagini, tracciabilità e analisi dei dati relativi a montaggi mancanti o errati.

1. Perché i montaggi mancanti o errati rappresentano un rischio critico alla fine della linea

I difetti di montaggio differiscono dai difetti dimensionali convenzionali.

Una deviazione dimensionale può spesso essere identificata mediante uno strumento di misura o un sistema di controllo. Gli errori di montaggio, invece, possono richiedere la verifica dell’effettiva presenza di un componente, della sua corretta posizione o della sua corretta configurazione.

Su una linea di assemblaggio di motori o cambi, gli operatori potrebbero dover confermare:

• Se i bulloni sono installati
• Se la cinghia trapezoidale è installata correttamente
• Se la targhetta identificativa è presente
• Se il certificato è allegato
• Se il ventilatore è installato
• Se il filtro è installato
• Se altri componenti specificati sono presenti e correttamente posizionati

Quando il tempo di ciclo produttivo è breve e il numero di componenti è elevato, fare affidamento esclusivamente su ispezioni visive manuali genera un carico di lavoro ripetitivo significativo.

Perché l’ispezione finale è importante

Se un componente mancante o installato in modo errato non viene individuato prima che l’assemblaggio lasci la linea, il problema potrebbe manifestarsi soltanto durante l’assemblaggio successivo, i test del veicolo o l’assistenza in campo.

Una stazione automatizzata di ispezione finale fornisce un punto di verifica conclusivo:

Assemblaggio → Ispezione visiva → Risultato OK / NG → Tracciabilità → Rilascio o ritrattamento

L'obiettivo non è semplicemente sostituire gli operatori. Piuttosto, il sistema fornisce un controllo automatico coerente su specifici elementi da ispezionare e crea una registrazione dello stato dell'assemblaggio al termine della produzione.

2. Configurazione dell'attrezzatura: trasportatore a catena con piastre + ispezione visiva robotizzata

Il sistema di ispezione finale descritto utilizza un trasportatore a catena con piastre e una configurazione di ispezione visiva robotizzata .

A seconda della struttura dell'assemblaggio e della distribuzione dei punti di ispezione, il sistema può impiegare un singolo robot oppure più robot.

Trasporto a catena con piastre

Il trasportatore a catena con piastre trasporta l'assemblaggio del motore o del cambio attraverso la stazione di ispezione.

Il sistema di trasporto definisce una posizione di ispezione precisa e integra il processo di ispezione nella linea di produzione.

Ispezione con telecamera robotizzata

I robot trasportano o posizionano le telecamere di ispezione intorno all’insieme.

Questo è importante perché gli insiemi dei gruppi motopropulsori automobilistici presentano geometrie tridimensionali complesse. I punti di ispezione possono essere distribuiti su:

• Superfici superiori
• Superfici laterali
• Aree anteriori e posteriori
• Facciate terminali
• Zone incassate
• Altre posizioni specifiche per componente

Una configurazione robotizzata consente al sistema di ispezione di raggiungere diverse posizioni di visione senza richiedere un numero elevato di telecamere fissate in modo permanente.

3. Cosa può ispezionare il sistema?

Il sistema può essere configurato per rilevare componenti mancanti o installati in modo errato, in base ai requisiti di ispezione del cliente.

Gli oggetti di ispezione tipici includono:

Fabbricazione a partire da:

Il sistema può verificare se nelle posizioni specifiche dei bulloni sono presenti i componenti previsti.

Se l’ispezione deve determinare soltanto presenza oppure valutare anche la posizione di serraggio, l’orientamento o altre caratteristiche deve essere definito durante la fase di specifica del progetto.

Cinghie serpentine

Per i motori dotati di cinghie a serpentina, la visione artificiale può verificare la presenza della cinghia e se il suo percorso visibile corrisponde alla condizione di ispezione definita.

Targhette e certificati

Il sistema può verificare la presenza e la posizione dei componenti relativi all’identificazione.

Le funzioni di lettura codici possono essere integrate anche quando è richiesta l’identificazione del prodotto o la tracciabilità.

Ventilatori e filtri

Il sistema di visione può verificare la presenza e lo stato visibile di installazione dei componenti specificati.

I criteri effettivi di ispezione dipendono dalla geometria del componente e dal fatto che la caratteristica rilevante rimanga visibile dopo l’assemblaggio.

4. Oltre OK/NG: lettura codici e tracciabilità tramite immagini

Una delle caratteristiche importanti di un sistema di visione in linea finale è che fa di più rispetto all’emissione semplice di un risultato OK o NG.

Il sistema descritto può integrare:

• Lettura codici
• Ispezione Visiva di Macchine
• Acquisizione immagine complessiva dell’assemblaggio
• Rivisitazione manuale
• Tracciabilità
• Analisi dei dati di montaggio mancanti o errati

Conservazione complessiva dell'immagine

L'immagine completa del montaggio può essere conservata come parte del registro di ispezione.

Ciò fornisce una funzione importante di tracciabilità.

Se in una fase successiva del montaggio a valle o dopo la consegna viene identificato un problema di qualità, il produttore può recuperare l'immagine registrata e verificare lo stato del montaggio al momento dell'uscita dalla linea di produzione.

Ciò può aiutare a stabilire se la condizione era già visibile all'ispezione finale o se si è verificata in un processo successivo.

5. Specifiche Tecniche

Le seguenti specifiche si basano su informazioni pubblicamente disponibili sul prodotto per il sistema personalizzato descritto.

Voce	Specifiche
Tipo di attrezzatura	Nastro trasportatore a piastre + ispezione visiva robotizzata
Applicazione	Applicazioni relative a veicoli commerciali, veicoli passeggeri e veicoli a energia nuova
Pezzi in lavorazione	Gruppi motore diesel, gruppi motore a benzina, gruppi cambio
Dimensioni dell'apparecchiatura	Circa 11,23 × 5,04 × 3,14 m
Configurazione	Singolo robot o più robot
Takt time di produzione	70 secondi, personalizzabile in base al pezzo in lavorazione
Accuratezza specificata pubblicamente	99%
Telecamera industriale	20 MP
Illuminazione	Sorgente luminosa di grandi dimensioni ad alta luminosità + luci a barra ad alta luminosità
Opzioni robot	FANUC, ABB, KUKA, Yaskawa, SIASUN, ELITE e altri
Sistema di controllo	Siemens, Mitsubishi, computer industriale Advantech
Funzioni di ispezione	Lettura codici, ispezione componenti, acquisizione immagine completa, riesame manuale, tracciabilità e analisi dati
Progettazione degli impianti	Personalizzato / non standard

Le configurazioni effettive della telecamera, dell'illuminazione, del robot e del software devono essere selezionate in base alla struttura di assemblaggio e ai requisiti di ispezione.

6. Considerazioni chiave per la selezione

6.1 Definire ogni elemento di ispezione prima della progettazione del sistema

«Verificare se il bullone è installato» e «verificare se il bullone è serrato correttamente» sono due requisiti di ispezione diversi.

Allo stesso modo:

• La cinghia è presente?
• La cinghia è posizionata correttamente?
• La targhetta è presente?
• Il codice identificativo è leggibile?
• Un tubo è collegato?
• Il tubo è collegato nella corretta orientazione?

Questi requisiti potrebbero richiedere metodi di imaging diversi e logiche di ispezione differenti.

Pertanto, il primo passo dovrebbe essere la creazione di un elenco completo di elementi da ispezionare e la definizione dei criteri di accettazione per ciascun elemento.

6.2 Quantità di robot in base alla distribuzione dei punti di ispezione

Un motore o un cambio completamente assemblati presentano punti di ispezione distribuiti su più superfici.

Un singolo robot potrebbe essere sufficiente per alcune configurazioni, mentre potrebbero essere necessari più robot quando:

• I punti di ispezione sono ampiamente distribuiti
• Sono richiesti diversi angoli di visione
• Alcune aree sono difficili da raggiungere
• Il takt di produzione è stretto
• È richiesta l’acquisizione parallela delle immagini

Il numero di robot deve quindi essere determinato sulla base della mappa effettiva dei punti di ispezione, piuttosto che semplicemente dalle dimensioni complessive del pezzo.

6.3 I requisiti per la memorizzazione delle immagini devono essere definiti precocemente

La conservazione delle immagini dell’intero assemblaggio può fornire una tracciabilità preziosa, ma comporta anche esigenze di archiviazione dati.

Prima della messa in servizio, il progetto deve definire:

• Quali immagini devono essere conservate
• Risoluzione dell' immagine
• Formato file
• Periodo di conservazione
• Numero di assemblaggi prodotti al giorno
• Capacità di immagazzinamento
• Metodo di recupero dei dati

Questi requisiti vanno inclusi nella specifica tecnica prima della consegna dell'attrezzatura.

6.4 Le specifiche di accuratezza pubbliche devono essere convalidate su campioni reali

La specifica di sistema indicata pubblicamente indica un’accuratezza pari a 99%.

Questo valore va inteso come una specifica pubblicata a livello di prodotto, non come una garanzia universale valida per ogni applicazione di ispezione.

Le prestazioni effettive dipendono da fattori quali:

• Visibilità dei componenti
• Risoluzione della fotocamera
• Illuminazione
• Condizione Superficiale
• Occlusione
• Varietà del prodotto
• Algoritmo di ispezione
• Qualità del campione
• Criteri di accettazione definiti

Per gli elementi di ispezione critici per la sicurezza o ad alto impatto, i criteri di accettazione devono pertanto essere definiti e convalidati separatamente utilizzando campioni rappresentativi della produzione.

7. Cosa accade quando il sistema non riesce a prendere una decisione chiara?

Nessun sistema di visione artificiale dovrebbe essere progettato presupponendo che ogni immagine sarà sempre classificabile in modo perfetto.

Negli ambienti produttivi reali, i componenti potrebbero essere parzialmente ostruiti, l’illuminazione potrebbe variare, le superfici potrebbero riflettere la luce o una caratteristica da ispezionare potrebbe semplicemente non essere visibile dall’angolazione disponibile.

Un sistema pratico può quindi includere un processo manuale di reinspezione per casi definiti come incerti o non conformi.

Il flusso di lavoro può essere il seguente:

Ispezione automatica → Esito OK chiaro → Rilascio

Ispezione automatica → Esito NG chiaro → Riprocessazione / Rifiuto

Ispezione automatica → Esito incerto → Reispezione manuale

Questo approccio consente all’automazione di gestire ispezioni ripetitive, mantenendo al contempo un metodo controllato per i casi eccezionali.

8. Produzione multi-modello e cambio prodotto

Negli stabilimenti automobilistici è comune produrre più modelli di motore o cambio sulla stessa linea di produzione.

Un sistema di visione in fine linea può integrare la lettura codici e il cambio programma prodotto, in modo che venga selezionato il programma di ispezione appropriato in base al modello identificato.

Un processo tipico è:

Identificazione prodotto → Selezione programma → Selezione percorso robot → Ispezione specifica per modello → Registrazione risultati

Tuttavia, modelli diversi possono presentare differenze significative in:

• Dimensioni complessive
• Posizione dei componenti
• Punti di ispezione
• Posizioni della telecamera
• Percorsi del robot
• Criteri di accettazione

Pertanto, l’intero elenco prodotti deve essere valutato prima di confermare la compatibilità multi-modello.

9. Capacità di ispezione visiva presso Big Bird Industrial / CN ISEE

Big Bird Industrial, in precedenza Harbin Shimada Big Bird Industrial, fornisce soluzioni integrate per la pulizia industriale e la visione artificiale per i settori automobilistico e della produzione di precisione.

La sua attività specializzata nella visione artificiale, CN ISEE , copre sei principali aree di soluzione:

• Orient See — ispezione dimensionale e geometrica
• Surface See — ispezione dei difetti superficiali
• Assemblaggio Visualizza — ispezione dell’assemblaggio e protezione dagli errori
• Interno Visualizza — ispezione dei fori interni e delle pareti interne
• Verniciatura Visualizza — ispezione dei difetti superficiali della vernice
• Algoritmo e piattaforma software — soluzioni software e algoritmiche per la visione artificiale

Il Assemblaggio Visualizza questa serie si concentra sulle applicazioni di verifica dell’assemblaggio e di prevenzione degli errori, inclusa l’ispezione finale per motori, cambi e altri gruppi automobilistici.

A seconda del progetto, il sistema può integrare visione artificiale, lettura codici, ispezione robotizzata, memorizzazione immagini, riesame manuale e funzioni di tracciabilità.

10. Domande frequenti

D: Cosa accade quando l’accuratezza dichiarata è pari al 99%? Che cosa succede nei casi rimanenti?

Il valore dichiarato del 99% non deve essere interpretato come se ogni possibile condizione di ispezione raggiungesse esattamente lo stesso risultato.

Casi incerti possono derivare da occlusione, condizioni di illuminazione, variazioni dei componenti o caratteristiche non sufficientemente visibili.

Un sistema pratico può quindi includere un riesame manuale per casi incerti definiti, mentre i campioni raccolti possono essere utilizzati per migliorare i parametri e gli algoritmi di ispezione.

D: Perché sono necessari più robot?

Gli insiemi automobilistici sono tridimensionali e i punti di ispezione possono essere distribuiti in diverse direzioni.

Più robot possono suddividere il carico di lavoro di ispezione per area visiva o gruppo di ispezione, contribuendo a ridurre gli spostamenti dei robot e a mantenere condizioni di acquisizione immagini più costanti.

La configurazione finale del robot deve essere determinata in base alla distribuzione dei punti di ispezione e al takt time di produzione richiesto.

D: Qual è il valore pratico di conservare un'immagine complessiva dell'insieme?

L'immagine complessiva fornisce una registrazione visiva originale dello stato dell'insieme nel punto di ispezione finale.

Se viene identificato successivamente un problema di qualità, il produttore può recuperare il relativo record e riesaminare le condizioni di assemblaggio al momento dell’ispezione.

Ciò può supportare la tracciabilità, l’analisi della qualità e il miglioramento del processo.

D: Il sistema può ispezionare diversi modelli di motore?

Sì, il sistema può essere progettato per l’identificazione del prodotto e per il passaggio automatico tra programmi multi-modello.

Tuttavia, la compatibilità effettiva dipende dalle differenze nelle dimensioni di assemblaggio, nelle posizioni dei componenti, nei requisiti di ispezione e nei percorsi del robot.

Durante la fase di progettazione del sistema, va quindi fornito un elenco completo dei modelli di motore e cambio, affinché possano essere valutati i programmi di ispezione richiesti e le configurazioni del robot.

Conclusione

Un sistema visivo poka-yoke di fine linea fornisce un controllo qualità automatizzato per assemblaggi automobilistici complessi.

Per motori e cambi, il sistema può integrare:

Lettura codici + Visione robotica + Verifica componenti + Conservazione immagine complessiva + Ri-ispezione manuale + Tracciabilità

La chiave per un sistema di successo non è semplicemente la scelta di una telecamera ad alta risoluzione. I requisiti di ispezione devono innanzitutto essere tradotti in elementi di ispezione chiaramente definiti elementi di ispezione, criteri di accettazione, posizioni delle telecamere, percorsi dei robot, condizioni di illuminazione e requisiti di conservazione dei dati .

Con la configurazione appropriata, l’ispezione visiva automatizzata può fornire una fase finale di verifica coerente prima che un motore o un cambio assemblati lascino la linea di produzione.

Big Bird Industrial / CN ISEE può sviluppare sistemi personalizzati di visione artificiale in fase finale e di prevenzione degli errori di assemblaggio, in base alla struttura del pezzo in lavorazione, agli elementi di ispezione, alle variazioni del prodotto e al takt time di produzione.