Piston Group, situé à Redford (MI), construit des modules de refroidissement pour sept véhicules différents. Ces modules de refroidissement sont assemblés sur cinq lignes différentes, chacune assemblant plus de 50 variantes en série à la demande des clients. Chaque module doit faire l’objet de nombreuses inspections différentes, y compris la vérification des changements d’assemblage, le contrôle des connexions électriques ainsi que de toutes les dimensions. Par le passé, les inspections étaient réalisées sur un poste de vérification automatique. Celui-ci utilisait plusieurs coulisseaux pneumatiques équipés de sondes linéaires, de systèmes de vision et d’une grande variété de capteurs pour inspecter les différents composants. Le problème avec cette approche était que chaque coulisseau individuel coûtait plus de 15 000 $, et le coulisseau devait être remplacé chaque fois que les spécifications ou le design de la pièce correspondante changeaient.
L’approche conventionnelle d’un remplacement des coulisseaux par la vision industrielle aurait requis pas moins de 30 caméras fixes différentes, chacune avec ses propres exigences d’éclairage. Piston Group a mis au point une solution beaucoup moins coûteuse et plus flexible consistant à installer un seul système de vision Cognex In-Sight® sur un robot Fanuc®. Le robot positionne le système de vision pour capturer plus de 30 images en moins de 45 secondes, inspectant entièrement le module. De plus, quelques heures de programmation suffiront pour modifier le système de vision In-Sight afin qu’il puisse inspecter facilement les futures modifications de conception. Avec une réduction de l’investissement initial de 40 % et du coût de rééquipement de 80 %, le nouveau système d’inspection a considérablement amélioré la qualité en inspectant davantage de points avec un niveau de précision supérieur.
Piston Group produit des sous-ensembles de composants de série ou non pour des ensembles modulaires complexes. L’entreprise assemble des modules aussi différents que des systèmes de refroidissement avant, des systèmes de suspension et des châssis, des systèmes intérieurs et des systèmes de chaîne de traction. Le module de refroidissement produit dans cette application comprend essentiellement tout ce qui se trouve entre le moteur et le pare-chocs avant : le support de base, le radiateur, le ventilateur électrique, le condenseur CA, la direction assistée et les refroidisseurs de transmission, les réservoirs, les flexibles, les faisceaux de câblage et de nombreux autres petits composants. Les modules sont fabriqués selon de nombreuses configurations différentes. Par exemple, la plupart des lignes comptent plus de 20 faisceaux de câble différents qui sont utilisés en fonction du modèle et des options choisies par le client. Le client envoie à Piston Group une commande journalière qui indique les configurations de module avant requises et leur ordre de montage.
Exigences de qualité contraignantes
Les exigences de qualité des modules sont contraignantes. Tout d'abord, chaque module doit être correctement configuré pour le véhicule sur lequel il sera installé, avec le faisceau de câblage et les autres composants correspondants. Deuxièmement, de nombreux composants doivent être installés avec des tolérances de dimensions très serrées. Plusieurs flexibles et colliers doivent être installés à 1 mm d’un emplacement spécifié. Tous les connecteurs électriques doivent être placés et serrés.
Par le passé, nombre de ces inspections étaient réalisées à un poste de contrôle par des sondes mécaniques montées sur des lames. Cette approche exigeait un coulisseau sur mesure pour chaque dimension à contrôler. À chaque changement de dimension, le coulisseau devaient être changé et remplacé par un nouveau. Le réoutillage d’un tout nouveau modèle de véhicule a nécessité environ deux semaines de temps d’arrêt pour rénover l’ensemble du poste de contrôle. Avant tout changement de modèle, l’entreprise fabriquait de petites quantités de nouveaux modèles de pièces en pré-production et les pièces étaient inspectées manuellement car le poste d’inspection n’était pas encore modifié.
« Chaque fois que le client apportait une seule modification technique, le coût était au minimum de 15 000$ », a expliqué Kevin Miller, Responsable d’ingénierie des méthodes de Piston Group. « Nous voulions mettre en œuvre un système de vision flexible pour réduire les coûts et la durée des changements. Nous voulions également réduire la quantité d’inspection manuelle requise pour améliorer la qualité. Il est habituel d’utiliser une caméra par point d’inspection. Cette approche aurait pris trop de place sur l’équipement existant et le coût aurait été trop élevé. »
Un seul système de vision pour plusieurs inspections
Traditionnellement, des caméras différentes sont utilisées pour chaque point d’inspection car chaque point requiert généralement un éclairage et une distance focale de la caméra très spécifiques pour parvenir au niveau de précision recherché. La vitesse des caméras était également une préoccupation lorsqu’il fut envisagé d’utiliser une seule caméra pour prendre plusieurs images dans un seul cycle. Mais l’évolution de la technologie du système de vision de Cognex permet à une seule caméra montée sur robot d’inspecter un grand nombre de points avec un haut niveau de précision.
« Nous avons travaillé avec le Groupe Vision & Traceability de McNaughton McKay Electric pour identifier la caméra qu iconviendrait à cette application », a déclaré Patrick O’Dell, ingénieur de contrôle pour Piston Group. « Nous avons choisi Cognex car ses systèmes de vision fournissent un large éventail d’outils nécessaires pour inspecter de nombreux points différents de cette application. De plus, l’outil de reconnaissance géométrique PatMax® de Cognex offre des améliorations substantielles en termes de précision en déterminant avec précision l’emplacement de pièce. Un seul système de vision Cognex In-Sight répondait aux exigences de cette application en inspectant avec précision plus de 30 caractéristiques très différentes à de nombreux endroits différents en moins de 45 secondes. À l’échelle de l’usine, nous utilisons cette caméra pour plus de 90 inspections différentes »
Programmation du système de vision
O’Dell a programmé l’application d’inspection avec le logiciel In-Sight de Cognex qui utilise une interface de programmation de feuilles de calcul. « L’interface de feuilles de calcul apporte une formidable flexibilité de programmation », a expliqué O’Dell. « Elle donne accès à tous les outils de vision imaginables et me permet de créer une nouvelle opération d’inspection simplement en copiant une opération similaire et en faisant quelques ajustements. » La première opération du poste d’inspection consiste à lire les étiquettes RFID des pièces pour déterminer le type de module. Le type de module détermine à la fois le programme / chemin du robot et le programme d’inspection de vision.
O’Dell a utilisé l’outil PatMax pour définir la position de l’emplacement fixe du module de refroidissement, puis a basé toutes les autres opérations d’inspection sur cette position. Il a utilisé des outils d’histogramme pour déterminer la présence ou l'absence de composants lors de la vérification du bon contenu du module. Il a déterminé la position des colliers de flexible au moyen d’outils PatMax pour localiser le collier et une caractéristique sur le composant matifiant tel qu’un bourrelet d’arrêt laminé. Ensuite, il a utilisé un outil de mesure de la distance pour déterminer la distance entre le collier du flexible et cette caractéristique. Pour chaque mesure, O’Dell a saisi une valeur haute et une valeur basse dans la feuille de calcul. Les valeurs de la feuille de calcul représentent la luminosité pour l’histogramme et la distance pour les mesures. Des codes-barres sont également lus sur plusieurs composants pour s’assurer que la bonne référence est installée.
O’Dell a essayé plusieurs dispositions d’éclairage différentes et en a trouvé une, un éclairage annulaire intégré à la caméra, qui fonctionnait pour chaque application. Toutes les images de chaque inspection reçoivent un numéro de série et sont collectées sur un serveur réseau pour la traçabilité de chaque module assemblé. O’Dell a essayé plusieurs méthodes différentes pour le stockage des images et a trouvé que la plus rapide consistait à les stocker localement durant le cycle puis à les transférer sur le réseau pendant le transfert de la pièce. Un automate programmable industriel (API) ControlLogix commande à la fois le robot et le système de vision. Seules de petites sections de la feuille de calcul sont activées lors du traitement de chaque image pour gagner en temps de traitement. Cognex Connect™ inclut la prise en charge des protocoles de communication Ethernet industriel et Fieldbus de standard ouvert les plus couramment utilisés afin de permettre une connexion sans faille aux API et à un éventail de dispositifs d’automatisation de Mitsubishi, Rockwell, Siemens et d’autres fabricants.
O’Dell a réalisé une étude de répétabilité et de fiabilité des jauges (R &R) sur le système de vision dans le cadre de la soumission du processus d’approbation des pièces de production (PPAP) pour le module de refroidissement. Il a défini les valeurs dans la feuille de calcul afin que les mauvaises pièces ne s’en échappent. Ce paramètre requiert qu’un petit nombre (moins de 0,4 %) de bonnes pièces puissent être refusées à l’inspection. Ces faux rejets requièrent une inspection par un technicien qualité et peuvent être acceptés avec un mot de passe qui est enregistré pour la traçabilité. Quelques éléments ne peuvent pas être inspectés par le système de vision car ils présentent des variations trop importantes, comme les emplacements des goupilles-poussoirs du faisceau de câblage. Il a fait remonter des informations à l’organisation de conception du client pour demander des changements qui rendraient ces éléments plus faciles à inspecter avec un système de vision.
Lorsqu’une pièce est refusée à l’inspection, le programme capture et traite une autre image. Si la pièce est encore refusée, l’API déclenche une alarme sonore et l’interface homme-machine (IHM) RSViewME présente l’image de la mauvaise inspection à l’écran avec une description de la défaillance. L’opérateur ou le chef d’équipe réagit à la défaillance. Dans certains cas, comme quand le collier du flexible n’est pas à sa place ou si une goupille-poussoir est manquante, l’opérateur peut déverrouiller la porte et réparer la pièce. Toutes les opérations d’inspection sont réeffectuées pour s’assurer que la solution apportée au problème n’a pas causé un autre défaut. Si la pièce réussit le test, la ligne continue alors à partir du point où elle s’était arrêtée.
Le stockage des images évite les pénalités
La capacité à se connecter à un serveur et à stocker chaque image est intéressante. Dans un seul cas, un client a indiqué avoir reçu un frein avec une plaquette manquante. L’image stockée montrait toutefois que la plaquette de frein était présente lorsque le module a été fabriqué chez Piston. Le client a effectué des recherches et découvert que le véhicule avait été réparé pour une autre raison et que, durant la réparation, la plaquette de frein avait été déposée. « Par le passé, nous aurions dû payer une pénalité et notre note de qualité aurait baissé », a indiqué O’Dell. « Maintenant, nous pouvons utiliser des données brutes pour prouver que nous ne sommes pas en cause. »
Le système de vision est capable d’inspecter à un niveau de précision bien supérieur qu'avec les méthodes d’inspection précédentes. Par exemple, les sondes mécaniques étaient seulement capables de déterminer la position du collier du flexible avec une précision de +/- 4 mm, en raison de la somme de tolérances d’empilement dans les composants et de la façon dont cela était retracé jusqu’à nos points de référence de montage. Alors que le système de vision offre désormais une tolérance de +/- 1 mm car nous sommes capables de localiser des points spécifiques dans le champ de vision de la caméra en utilisant PatMax et de relever des dimensions à partir de là au lieu d’essayer de mesurer par rapport aux points de référence de montage. Le système de vision inspecte également deux fois plus de points que l’entreprise pouvait inspecter par le passé avec les sondes mécaniques. « Au final, nous avons amélioré la qualité en inspectant davantage de points avec un niveau de précision supérieur avec 40 % d’investissement initial en moins et un coût inférieur de 80 % pour des changements qu'un poste de contrôle traditionnel aurait exigé », a conclu Miller.