The Piston Group, ubicado en Redford, MI, construye módulos de refrigeración para siete vehículos diferentes. Estos módulos de enfriamiento se construyen en cinco líneas de ensamblaje diferentes, cada línea construye más de 50 variantes diferentes en secuencia según la demanda de los clientes. Se deben realizar muchas inspecciones diferentes en cada módulo, incluida la verificación de la variación de construcción, la verificación de las conexiones eléctricas y todos los requisitos dimensionales. En el pasado, se realizaban inspecciones en una estación de comprobación automática que utilizaba múltiples correderas neumáticas accionadas que estaban equipadas con sondas lineales, sistemas de visión y una amplia gama de sensores para inspeccionar los distintos componentes. El problema con este enfoque era que cada portaobjetos individual costaba más de $15,000 USD, y el portaobjetos debía reemplazarse siempre que cambiaran las especificaciones o los diseños de las piezas correspondientes.
El enfoque convencional para reemplazar las diapositivas con visión artificial habría requerido hasta 30 cámaras fijas diferentes, cada una con requisitos especiales de luz. Piston Group desarrolló una solución mucho menos costosa y más flexible al montar un único sistema de visión Cognex In-Sight® en un robot Fanuc®. El robot mueve el sistema de visión a su posición para capturar las más de 30 imágenes en menos de 45 segundos, inspeccionando completamente el módulo. El sistema de visión In-Sight se puede modificar para detectar cambios de diseño futuros fácilmente con unas horas de programación. El nuevo sistema de inspección ha mejorado considerablemente la calidad al inspeccionar más puntos con mayor precisión y, al mismo tiempo, reducir la inversión inicial en un 40 % y los costos de las herramientas en un 80 %.
Piston Group proporciona componentes subensamblados secuenciados y no secuenciados para conjuntos modulares de complejo. La empresa ensambla módulos que abarcan desde sistemas de refrigeración delantera, sistemas de suspensión y chasis, sistemas interiores y sistemas de transmisión. El módulo de refrigeración producido en esta aplicación consiste esencialmente en todo entre el motor y el parachoques delantero: el soporte central, el radiador, el ventilador eléctrico, el condensador de CA, la dirección hidráulica y los enfriadores de transmisión, los depósitos, las mangueras, los arneses de cables y muchos otros componentes pequeños. Los módulos están construidos en muchas configuraciones diferentes. Por ejemplo, la mayoría de las líneas tienen más de 20 arneses de cableado diferentes que se utilizan según el modelo y las opciones seleccionadas por el cliente. El cliente envía a The Piston Group una versión diaria que indica las configuraciones requeridas del módulo frontal y su secuencia de compilación.
Exigir requisitos de calidad
Los requisitos de calidad para los módulos son exigentes. Primero, cada módulo debe estar configurado correctamente para el vehículo en el que se instalará, con el arnés de cableado adecuado y otros componentes. En segundo lugar, muchos componentes deben instalarse dentro de tolerancias dimensionales ajustadas. Se deben instalar varias mangueras y abrazaderas a menos de 1 mm de una ubicación específica. Todos los conectores eléctricos deben estar completamente asentados y acoplados.
En el pasado, muchas de estas inspecciones se realizaban en una estación de verificación mediante sondas mecánicas montadas en portaobjetos. Este enfoque requería que se diseñara y construyera un portaobjetos personalizado para cada dimensión que se verificara. Siempre que se cambiaba la dimensión, la diapositiva debía modificarse o reemplazarse por un nuevo diseño. El reequipamiento para un modelo de vehículo completamente nuevo requirió aproximadamente dos semanas de tiempo de inactividad para reacondicionar toda la estación de verificación. Antes del cambio de modelo, la compañía construía pequeñas cantidades de piezas de modelo nuevas de preproducción y estas piezas debían inspeccionarse manualmente debido a que la estación no se cambiaba.
“Cada vez que los clientes hacían cambios técnicos, los costos eran de al menos $15,000”, dijo Kevin Miller, director de Ingeniería de fabricación de The Piston Group. “Queríamos implementar un sistema de visión flexible para reducir los costos y el tiempo de respuesta de los cambios. También queríamos reducir la cantidad de inspección manual requerida para mejorar la calidad. La práctica normal es usar una cámara por punto de inspección. Este enfoque habría ocupado demasiado espacio en el equipo existente y el costo era demasiado alto”.
Uso de un único sistema de visión para múltiples inspecciones
Tradicionalmente, se han utilizado cámaras separadas para cada punto de inspección porque cada punto generalmente requiere iluminación muy específica y distancia focal de la cámara para lograr el nivel de precisión requerido. La velocidad de la cámara también ha sido una inquietud al considerar la idea de usar una sola cámara para tomar varias imágenes en un solo ciclo. Pero la evolución del sistema de visión de Cognex permite que una sola cámara montada en robot inspeccione una gran cantidad de puntos con un alto grado de precisión.
“Trabajamos con el Grupo de & rastreabilidad de visión de McNaughton McKay Electric para encontrar la cámara adecuada para esta aplicación”, dijo Patrick O’Dell, Ingeniero de control de The Piston Group. “Seleccionamos Cognex porque sus sistemas de visión proporcionan la amplia gama de herramientas necesarias para inspeccionar los diferentes puntos involucrados en esta aplicación. Además, la correspondencia de patrones geométricos PatMax® de Cognex proporciona mejoras sustanciales en la precisión al determinar con exactitud la localización de piezas. Un único sistema de visión Cognex In-Sight cumplió con los requisitos de esta aplicación al inspeccionar con exactitud más de 30 funciones muy diferentes en muchas ubicaciones diferentes en menos de 45 segundos. En toda la planta, estamos usando esta cámara para más de 90 inspecciones diferentes”.
Programación del sistema de visión
O’Dell programó la aplicación de inspección con el In-Sight software de Cognex que utiliza una interfaz de programación de hoja de cálculo. “La interfaz de hoja de cálculo proporciona lo último en flexibilidad de programación”, dijo O’Dell. “Puede acceder a todas las herramientas de visión imaginables y me permite crear una nueva inspección simplemente copiando una similar y haciendo algunos ajustes”. El primer funcionamiento de la estación de inspección consiste en leer la etiqueta RFID de las piezas para determinar el tipo de módulo. El tipo de módulo determina los programas/las rutas del robot y los programas de inspección visual.
O’Dell utilizó la herramienta PatMax para determinar la posición de la ubicación fija del módulo de refrigeración y luego basó todas las operaciones de inspección posteriores en esta posición. Ha utilizado histogramas para determinar la presencia o falta de componente para verificar los contenidos correctos de los módulos. Él determinó la posición de las abrazaderas de las mangueras utilizando los instrumentos PatMax para ubicar la abrazadera de las mangueras y una función en el componente de acoplamiento, como un tope de cordón enrollado. Luego utilizó un instrumento de medición de distancias para determinar la distancia entre la abrazadera de la manguera y esta función. Para cada medición, O’Dell ingresó un valor alto y bajo en la hoja de cálculo. El valor de la hoja de cálculo representa el brillo del histograma y la distancia de las mediciones. Los códigos de barras también se leen en varios componentes para asegurarse de que el número de pieza correcto esté instalado.
O’Dell probó varias disposiciones de luces diferentes y encontró una, una luz de anillo integrada en la cámara, que funcionó para cada aplicación. Todas las imágenes de cada una de las inspecciones se serializan y recopilan en un servidor de redes para su rastreabilidad de vuelta a cada uno de los módulos ensamblados. O’Dell probó varios métodos diferentes para almacenar imágenes y encontró que lo más rápido era almacenarlas localmente durante el ciclo y luego transferirlas a la red mientras se transfería la pieza. Un controlador lógico programable (PLC) de desarrollo controla tanto el robot como el sistema de visión. Solo las secciones pequeñas de la hoja de cálculo están habilitado al procesar cada imagen para ahorrar tiempo de procesamiento. La conexión Cognex incluye soporte para los protocolos de comunicación Ethernet industrial y Fieldbus estándar abiertos más utilizados para conexiones sin problemas a PLC y una amplia gama de dispositivos de automatización de Mitsubishi, Rockwell, Siemens y otros fabricantes.
O’Dell realizó un Estudio de repetibilidad y fiabilidad (R &R) del calibrador en el sistema de visión como parte del envío del Proceso de aprobación de piezas de producción (PPAP) para el módulo de refrigeración. Él fijó el valor en la hoja de cálculo para que ninguna pieza defectuosa escapara. Este ajuste requiere que un pequeño número, inferior al 0,4%, de piezas buenas pueda fallar en la inspección. Estos falsos rechazos requieren ser inspeccionados por un Técnico de Calidad y pueden pasarse con una contraseña, que se registra para su rastreabilidad. Hay algunos elementos que no pueden ser inspeccionados por el sistema de visión porque presentan demasiadas variaciones, como la ubicación de los pasadores de las miniclavijas de cables. Proporcionó comentarios a la organización de diseños de los clientes para impulsar cambios que facilitarán la inspección de estos elementos con un sistema de visión.
Cuando una pieza falla en la inspección, el programa captura y procesa otra imagen. Si la pieza vuelve a fallar, el PLC emite una alarma y la interfaz de máquina humana (HMI) RSViewME presenta la imagen de inspección que falló en la pantalla junto con una descripción verbal de la falla. El operador o el líder del equipo reaccionan ante la falla. En algunos casos, como si la abrazadera de la manguera está fuera de posición o falta un pasador de empuje, el operador puede desbloquear la puerta y arreglar la pieza. Todas las operaciones de inspección se vuelven a ejecutar para asegurarse de que la solución del problema no haya causado otra falla. Si la pieza pasa la prueba, entonces la línea continúa desde el punto en el que se detuvo.
Almacenar imágenes evita sanciones
La capacidad de conectarse a un servidor y almacenar cada imagen es valiosa. En un caso, un cliente dijo que había recibido una esquina de freno con una pastilla de freno faltante. La imagen almacenada, sin embargo, mostró que la pastilla de freno estaba presente cuando se construyó el módulo en Piston. El cliente investigó y descubrió que el vehículo fue reparado por otro motivo y durante la reparación se desconectó la pastilla de freno. “En el pasado, habríamos tenido que pagar una multa y nuestra puntuación de calidad se habría reducido”, dijo O’Dell. “Ahora podemos usar datos duros para demostrar que no somos culpables”.
El sistema de visión es capaz de realizar inspecciones con un grado de precisión mucho mayor que el método de inspección anterior. Por ejemplo, las sondas mecánicas solo pudieron determinar la posición de las abrazaderas de las mangueras con una precisión de +/- 4 mm, debido a la cantidad de tolerancias de apilamiento en el componente y a cómo se hizo un seguimiento hasta los puntos de referencia de nuestros accesorios. Si bien el sistema de visión ahora proporciona una precisión de +/- 1 mm, porque podemos ubicar puntos específicos dentro de la vista de la cámara utilizando PatMax y tomar lecturas dimensionales desde allí en lugar de intentar medir contra los puntos de referencia de la luminaria. El sistema de visión también inspecciona el doble de puntos que la empresa pudo inspeccionar en el pasado con sondas mecánicas. “La conclusión es que hemos mejorado la calidad al inspeccionar más puntos con un mayor nivel de precisión con un 40 % menos de inversión inicial y un 80 % menos de costo por cambios de lo que habría sido requerido por una estación de cheques tradicional”, concluyó Miller.