Raggiungere livelli di qualità di classe mondiale è la priorità assoluta di JST. Di recente, JST è riuscita a migliorare ulteriormente i suoi già elevatissimi standard di qualità introducendo un sistema di visione in grado di misurare i componenti con una precisione di 0,1 mm, superiore a quella ottenibile in passato con l’ispezione manuale. Il sistema di visione individua le variazioni molto più rapidamente rispetto agli ispettori umani, consentendo di regolare tempestivamente i parametri macchina ed evitare che si vengano a creare nuovi difetti. Il risultato è che, nell’ultimo periodo di misurazione, il numero di non conformità si è ridotto a 0 parti per milione (ppm), ben al di sotto del severissimo riferimento qualitativo Six Sigma di 3,4 ppm.
JST, con sede a Waukegan, Illinois, produce oltre 30.000 tipologie diverse di connettori, tra cui versioni per montaggio superficiale, circuiti flessibili piatti, crimpatura wire-to-board, header, cavi piatti, wire-to-wire, board-to-wire, board-to-board, power-to-supply, wire-to-board, con schermatura EMI e connettori per schede di memoria IC. Per la maggior parte dei terminali standard, JST utilizza rame privo di ossigeno, un materiale con un’elevata conducibilità elettrica e una robustezza intrinseca, che può essere brasato senza il rischio di fragilizzazione da idrogeno. Tutti i prodotti standard di JST sono zincati e sottoposti a uno speciale trattamento che garantisce la massima adesione del rivestimento elettrodeposto, riducendo ulteriormente la resistenza elettrica e migliorando la resistenza alla corrosione.
Tolleranze dimensionali minime
Il terminale HCM senza saldatura JST, con passo da 2,54 mm, viene utilizzato nel settore automotive per collegare i cavi a una scheda a circuito stampato tramite connettori a crimpare. I due componenti principali sono l'alloggiamento e il fermo. L’utente inserisce i cavi da un lato del corpo connettore e poi spinge il fermo nell’apposita apertura sull’altro lato. L’utente preme una linguetta sul fermo per bloccarlo all’alloggiamento. Sia l’alloggiamento sia il fermo sono realizzati tramite stampaggio a iniezione con tolleranze dimensionali molto ristrette. Tuttavia, per quanto lo stampaggio a iniezione sia estremamente preciso, rimane un rischio minimo che un problema nelle condizioni di processo porti a un riempimento incompleto dello stampo, il cosiddetto short shot. Uno short shot in grado di pregiudicare la funzionalità del componente risulterebbe facilmente individuabile mediante ispezione visiva a occhio nudo. Tuttavia, le severe specifiche qualitative di JST vietano anche short shot molto più piccoli, che comportano la mancanza di appena 0,1 mm di materiale… una dimensione inferiore a quella rilevabile a occhio nudo. Difetti di dimensioni così ridotte non influiscono sulle prestazioni del componente, ma per JST restano comunque inaccettabili.
L’ispezione manuale utilizzata in passato
JST aveva mantenuto elevati livelli di qualità dedicando molto tempo e risorse alle attività di ispezione manuale. “Abbiamo dedicato moltissimo tempo a controllare questi componenti”, ha dichiarato Nate Hoselton, Facilities Manager di JST. “Spesso i problemi venivano individuati solo uno o due giorni dopo lo stampaggio dei componenti. In quel caso, abbiamo dovuto tornare sui nostri passi e ricontrollare un numero considerevole di parti. A posteriori, non sempre era facile risalire alla causa del problema sulla macchina di stampaggio. Tenevamo registri delle condizioni di processo, dei materiali, dei parametri macchina e così via, ma all’operatore poteva risultare difficile ricordare eventuali anomalie verificatesi durante la produzione. Di conseguenza, per analizzare ogni non conformità impiegavamo in genere diversi giorni e una spesa di circa 1.500 dollari.”
Hoselton ha individuato in questa applicazione un caso ideale per l’adozione della visione artificiale. “In questo stabilimento utilizziamo da tempo la visione artificiale, perché la qualità è da sempre la nostra priorità”, ha dichiarato Hoselton. “Di fatto, disponiamo di sistemi provenienti da tutti e tre i principali fornitori leader nel settore della visione artificiale. Per questo progetto abbiamo scelto il sistema visivo In-Sight® di Cognex perché è incredibilmente facile e veloce da programmare. Ho partecipato a un corso di formazione Cognex e, in appena dieci minuti, ho realizzato una semplice applicazione in grado di leggere un biglietto da visita. Sulla base di quell’esperienza, ho sviluppato questa applicazione in circa 45 minuti, includendo anche l’integrazione del sistema di visione con il PLC e l’HMI della macchina di assemblaggio. Non è stato necessario coinvolgere risorse di ingegneria interne né ricorrere a un integratore.”
Hoselton ha scelto un sistema di visione In-Sight Serie 5000 perché offriva una soluzione completa in un pacchetto modulare, senza la necessità di hardware aggiuntivo o di altre apparecchiature. Il formato compatto del sistema di visione, pari a 60 × 110 × 80 mm, si inserisce senza difficoltà anche negli spazi più ristretti dello stabilimento produttivo. Il modello della Serie In-Sight 5000 scelto offriva una risoluzione di 1600 × 1200 pixel e un’acquisizione immagini a 15 fotogrammi al secondo. Il software Cognex EasyBuilder® guida l’utente passo dopo passo nella configurazione di un’applicazione di visione. Gli utenti possono aggiungere facilmente gli strumenti desiderati con un semplice clic sulle funzionalità di loro interesse.
Programmazione del sistema di visione
Hoselton ha avviato la fase di programmazione installando il sistema di visione sulla macchina di assemblaggio e collegandolo al PLC, all’HMI e a un computer portatile su cui era in esecuzione il software EasyBuilder. Ha puntato il sistema di visione sul componente e l’immagine acquisita è comparsa nell’interfaccia di EasyBuilder sul portatile. Ha impiegato il wizard del software per impostare la scala e le calibrazioni non lineari. Ha selezionato gli strumenti di rilevamento dei bordi per individuare la posizione di ciascun lato dell’alloggiamento, sfruttando la transizione tra il componente nero e lo sfondo bianco. Ha utilizzato ulteriori strumenti di rilevamento dei bordi per individuare ciascun lato dell’apertura del componente in cui viene inserito il fermo, basandosi ancora una volta sulla transizione dal nero al bianco. Hoselton ha poi utilizzato gli strumenti di misurazione per calcolare la dimensione dell’apertura, sottraendo alla lunghezza totale dell’alloggiamento le lunghezze delle sue pareti. Ha inserito negli strumenti di misura le tolleranze riportate sul disegno tecnico. Sulla base di queste tolleranze, il sistema di visione misura il gap e invia un avviso quando la variazione è anche solo di 0,1 mm.
Hoselton ha sfruttato la configurazione delle comunicazioni “point-and-click” di EasyBuilder per usare un segnale del PLC e far acquisire un’immagine al sistema di visione quando un nuovo pezzo è in posizione. Ha inviato i risultati dell’ispezione al PLC e all’HMI. Infine, ha utilizzato ulteriori strumenti per configurare un’interfaccia utente che visualizza l’immagine dell’ultimo pezzo, una sequenza a filmstrip dei pezzi recenti e una tabella dei risultati. Il sistema di visione ispeziona ogni pezzo in circa 40 millisecondi, una velocità ampiamente superiore al ritmo di produzione richiesto dalla macchina in termini di colpi al minuto. L’HMI utilizzata dall’operatore della macchina di assemblaggio è collegata alla rete dello stabilimento, quindi i responsabili JST possono vedere le immagini del sistema di visione direttamente dalla propria postazione, in tempo reale oppure recuperandole dagli archivi.
Migliorare livelli di qualità già elevati
Il sistema di visione In-Sight ha portato a un miglioramento significativo di livelli qualitativi già molto elevati. Il personale di produzione riceve un riscontro immediato dal sistema di visione anche per variazioni minime, troppo piccole per influire sulle prestazioni e impossibili da individuare a occhio nudo. L’operatore della macchina di assemblaggio raccoglie immediatamente i pezzi insieme alle informazioni di ispezione e li porta al reparto controllo qualità. Il controllo qualità porta i pezzi dal tecnico addetto allo stampaggio, che interviene subito per risolvere il problema. Di conseguenza, il tempo necessario per individuare la causa principale e intervenire sulle variazioni di processo si è ridotto a un solo giorno. Il costo di un rapporto di non conformità è sceso da 1.500 a 100 dollari.
Soprattutto, la capacità di individuare e correggere anche le più piccole variazioni ha permesso all’azienda di superare i rigorosi obiettivi di qualità Six Sigma. Nel periodo di misurazione più recente, l’azienda non ha registrato neppure un difetto su diversi milioni di pezzi prodotti. I responsabili JST attribuiscono questo risultato all'implementazione del sistema di visione artificiale. “La qualità è di gran lunga il fattore più importante del successo della nostra azienda”, ha concluso Hoselton. “La visione artificiale ci ha permesso di ottenere miglioramenti significativi, aiutandoci a individuare le variazioni più rapidamente e a intervenire prima che si trasformino in difetti.” Sulla scia del successo di questa applicazione, Hoselton ha installato un altro sistema di visione In-Sight su una macchina di assemblaggio analoga, dedicata alla produzione di un prodotto diverso. La differenza principale tra i due prodotti è che il gap nell’alloggiamento ha una dimensione diversa. Hoselton è partito dal programma che aveva sviluppato per la prima macchina di assemblaggio. In soli 15 minuti è riuscito ad adattare il programma originale al nuovo prodotto.