Masonite est une entreprise mondiale de produits de construction dont le siège social est situé à Tampa (Floride, États-Unis). Présente dans plus de 80 usines à travers dix-huit pays d’Amérique du Nord, d’Amérique du Sud, d’Europe, d’Asie et d’Afrique et comptant environ 10 000 employés, Masonite est leader mondial dans la fabrication de revêtements de porte moulés de qualité, qu’elle fournit directement à des partenaires de fabrication de portes dans le monde entier. L’usine irlandaise de Masonite, située à Carrick on Shannon, Co. Leitrim, est le fruit d’un investissement de 138 millions USD et représente la deuxième plus grande usine de Masonite. Cette usine de production de pointe expédie des revêtements de porte vers 32 pays.
Le défi
Dans leur usine irlandaise à Carrick on Shannon, Co. Leitrim, Masonite produit de nombreux revêtements de porte avec différents motifs, qui doivent être automatiquement classés et triés dans les baies de collecte appropriées à la fin des lignes de production. Les revêtements mal classés doivent être retriés manuellement. Le tri manuel nécessite beaucoup de main-d’œuvre, ce qui entraîne des revêtements endommagés et une perte de rendement ultérieure.
Masonite Ireland disposait d’un ancien système de vision d’inspection des revêtements de porte qui avait atteint son objectif initial, mais avec les conceptions de moulage avancées et l’expansion de l’activité des revêtements de porte, une nouvelle technologie de vision s’est avérée nécessaire. Le logiciel de système de vision existant contenait une bibliothèque de tous les revêtements de porte possibles, mais n’était pas conçu pour un ajout aisé de nouveaux revêtements, nécessitant ainsi une programmation spécialisée par le personnel d’ingénierie. Soucieuse d’aller de l’avant, Masonite était désireuse d’appliquer une solution de système de vision qui répondrait à ses exigences dans un avenir proche. Il était également essentiel que le système soit très précis, facile à utiliser, rapide à entraîner pour le personnel d’exploitation et puisse s’adapter au grand nombre de conceptions de portes moulées utilisées dans la production.
Faire appel au spécialiste
Engagée à investir dans l’amélioration continue des processus, Masonite a demandé à Alpha Vision Design (AVD), une société spécialisée dans la vision industrielle, de travailler aux côtés du personnel d’ingénierie de Masonite Ireland pour fournir un système de classification automatique en ligne. Le système était nécessaire pour identifier les revêtements de porte en fonction de la conception du moulage et de la texture de surface. Deux revêtements de porte sont pressés côte à côte ; les différentes combinaisons de motifs de porte étant produites à partir d’un grand stock de matrices de revêtements de porte uniques. Il existe des milliers de combinaisons de matrices possibles, de sorte que le système de tri devait s’adapter à plusieurs combinaisons de matrices et à des changements fréquents de matrices.
Au début du cycle de production, l’opérateur entraîne le système pour le premier ensemble de revêtements à l’aide d’un simple assistant de formation. Les revêtements suivants seraient alors automatiquement inspectés et classifiés. Le système de vision communique ensuite avec le système de commande de la ligne de production, en acheminant la classification vers la baie de collecte appropriée.
Le projet a posé des défis techniques intéressants. En raison de la grande surface impliquée (une longueur de porte x deux largeurs de porte), il était difficile d’obtenir un éclairage uniforme sur toute la surface. Masonite avait déjà utilisé un éclairage fluorescent grand format standard à haute fréquence pour éclairer les revêtements dans la zone d’inspection définie. En raison des attributs physiques du revêtement de porte (grande zone, pas parfaitement plate), l’éclairage conventionnel n’était pas adapté pour fournir des images de haute qualité au système de vision. L’éclairage étant un composant essentiel de tout système de vision, il a été reconnu que des améliorations significatives de l’éclairage étaient nécessaires pour cette application.
De plus, un système robuste était nécessaire pour gérer la rotation et une certaine flexion ou déformation des revêtements de porte, car les revêtements peuvent s’affaisser lorsqu’il n’y a pas de support direct du tapis roulant. Par conséquent, le profil de motif du revêtement de porte peut sembler déformé, ce qui provoque généralement un étirement ou une compression dans l’image acquise. Les outils de filtrage par motif standards basés sur des techniques de corrélation croisée fonctionneraient mal dans ces circonstances.
La solution
À l’échelle mondiale, la grande majorité des applications de vision industrielle sont basées sur des techniques d’inspection 2D. L’inspection 3D reste encore relativement spécialisée, bien que de nouveaux marchés émergent à mesure que la technologie mûrit et gagne en acceptation. L’inspection 3D à l’aide de la triangulation laser est probablement la plateforme la plus courante aujourd’hui pour déployer des applications 3D (bien qu’il existe de nombreuses autres technologies 3D). Les lasers, utilisés pour l’éclairage, offrent des solutions économiques et sont facilement disponibles auprès de nombreux fournisseurs et fabricants. En outre, les systèmes 3D laser sont particulièrement efficaces pour scanner de grandes pièces non réfléchissantes avec des profils bien définis et étaient donc bien adaptés à cette application de vision.
Le système est conçu pour capturer des données 3D des modèles sur le revêtement de la porte moulée à l’aide de générateurs de lignes laser à diodes et d’une caméra d’acquisition d’images 3D à balayage de ligne (fournie par d’autres fabricants d’équipement). Les générateurs de ligne laser produisent une ligne laser visible sur toute la largeur du double revêtement de porte lorsqu’il se déplace le long du convoyeur d’inspection. À l’aide d’un codeur d’arbre, la caméra 3D est synchronisée avec la vitesse du convoyeur pour capturer des données 3D à une résolution appropriée le long du revêtement de porte. La caméra 3D est configurée pour une résolution de pixel similaire pour la largeur du revêtement.
Les données d’image sensibles à la hauteur sont transférées vers la carte d’acquisition du PC via une interface CameraLink pour créer une image de profil de hauteur 2D (au format bitmap) du double revêtement de porte faisant l’objet de l’inspection. L'image est ensuite traitée à l'aide du puissant logiciel VisionPro Æde Cognex. VisionPro offre une capture et un traitement d’image inégalés dans un format facilité d’utilisation. L’outil avancé PatMax® permet d’effectuer une correspondance de motifs géométriques unique et de classifier les formes, même à faible contraste, comme observé dans cette application.
Des caméras de vision 2D « intelligentes » et un éclairage halogène sont utilisés pour fournir les informations de texture de surface requises, qui sont intégrées au système de vision à l’aide de signaux d’entrée numériques.
Une fois que le personnel d’ingénierie de Masonite Ireland a terminé les spécifications, la conception, l’installation et la mise en service du matériel de vision 3D et 2D, le système était prêt à être programmé pour extraire et traiter les informations de l’image. Une interface utilisateur graphique (GUI) personnalisée a été créée par AVD conformément aux exigences de Masonite. L’interface a été conçue de manière à être facile à utiliser par le personnel d’exploitation. Elle a été conçue pour être épurée et contient un schéma de codage couleur cohérent avec les autres systèmes en place sur le site de fabrication.
Dans le cadre du principe de facilité d’utilisation, le nombre de paramètres opérationnels requis pour utiliser le système a été réduit au minimum. Le système n’était pas un outil d’ingénierie trop compliqué qui se limiterait à la programmation/configuration par le personnel technique ou d’ingénierie. Le système livré permet au personnel de production de former de nouveaux revêtements de porte en moins de quatre minutes, et ne nécessite rien de plus que la capacité de dessiner des boîtes et de positionner des outils de détection.
Résultats de l’utilisateur final
« Compte tenu du grand nombre de combinaisons possibles de matrices, de la grande surface et de la profondeur de moulage relativement faible des revêtements de porte, il était difficile de spécifier un système de vision approprié pour capturer des images reproductibles de haute qualité et catégoriser avec précision la multitude de combinaisons de revêtements de porte. »
« La solution nécessitait une approche innovante, ce qui a entraîné l’intégration de matériel et de logiciels incompatibles auparavant. Alpha Vision Design a été choisi comme intégrateur de systèmes en raison de sa vaste expertise dans le domaine spécialisé de l’ingénierie de systèmes de vision. Ils ont réussi à combler l’écart entre le matériel et le logiciel en produisant un logiciel d’interface personnalisé, permettant à l’application de devenir un système de vision de pointe. »
« L’interface utilisateur graphique (GUI), conçue en partenariat avec AVD, s’est avérée très intuitive à utiliser. La GUI fournit toutes les informations pertinentes requises pour déterminer les performances du système en un coup d’œil, sans nécessiter aucune connaissance spécialisée du personnel opérationnel. Le personnel d’ingénierie peut également déboguer et entretenir le système à l’aide de fonctionnalités plus avancées et protégées au niveau d’accès de la GUI. La facilité d’utilisation du système était une exigence essentielle, car l’échec de cet aspect du projet aurait eu un impact négatif sur la réussite globale du projet. Une fois les instructions fournies, notre personnel de ligne de production forme le système à de nouvelles combinaisons de motifs de porte, selon les besoins, sans aucune difficulté. »
« La fonctionnalité avancée du logiciel Cognex VisionPro a contribué de manière significative à la réussite du projet, permettant au système de dépasser les spécifications initiales des exigences de l’utilisateur, fournissant une précision de tri supérieure à 99,97 % (c.-à-d. moins de trois sur 10 000 sont mal classifiés). Le tri manuel du produit a été pratiquement éliminé, ce qui a augmenté le rendement et permis au personnel d’exploitation d’effectuer des tâches qui ajoutent de la valeur au produit. »
« Les excellentes performances du logiciel Cognex VisionPro, combinées à l’expertise d’AVD en matière de systèmes de vision, ont abouti à un système de vision de pointe, ouvrant la voie à la mise en œuvre de projets similaires dans un avenir proche chez Masonite Ireland. »
À propos d’AVD
Alpha Vision vision Design est spécialisé dans l’application de systèmes de vision industrielle pour le contrôle qualité et l’automatisation dans la fabrication. Notre vaste large éventail d’expertise englobe l’intégration de systèmes, le développement logiciel, l’optique et l’éclairage. Fort de plus de dix ans d’expérience dans la conception de systèmes de vision et le développement d’applications, Alpha Vision vision Design est le partenaire privilégié de nombreuses sociétés de fabrication de premier plan.