La tecnologia dei motori a ciclo Otto e diesel si è trasformata radicalmente negli ultimi anni. I motori di oggi producono molto meno particolato, meno anidride carbonica e rilevano in modo più affidabile i guasti. Se in passato era necessaria una camera di combustione da 2,5 litri per sviluppare 180 cavalli, oggi è sufficiente una da 1,4 litri. Per rendere possibili questi miglioramenti, quasi tutti i componenti del motore hanno dovuto soddisfare requisiti tecnici più rigorosi. Uno dei componenti fondamentali per il miglioramento delle prestazioni del motore è la biella, elemento indispensabile per la trasmissione della potenza durante il processo di combustione. Per garantire un controllo qualità efficiente, le bielle per autovetture prodotte da IMR Gesellschaft für Prozessleit- und Automatisierungstechnik mbH vengono inviate a una stazione di test presso Schmiedetechnik Plettenberg GmbH & Co. KG a Lennestadt-Meggen, in Germania, dove vengono ispezionate mediante tecnologia di visione Cognex per verificare caratteristiche quali spessore, lunghezza, larghezza, deviazioni di simmetria, concentricità e disallineamenti.
Il miglioramento dei componenti crea problemi di produzione
Affinché i motori possano generare la stessa potenza con una cilindrata inferiore, è necessaria una maggiore compressione, che a sua volta migliora la lubrificazione del motore. La riduzione della cilindrata del motore comporta una diminuzione del gioco nelle bronzine delle teste di biella. Ciò introduce nuove difficoltà nel processo produttivo, in quanto la biella deve resistere a forze maggiori pur operando con margini di tolleranza estremamente ridotti. Durante la produzione delle bielle, la temperatura del materiale può raggiungere circa 1280 °C (2.336 °F), rendendo l’acciaio C70 estremamente sensibile ai processi di formatura meccanica. Malgrado i progressi nei processi produttivi, durante la forgiatura della biella può comunque accadere che i componenti risultino di spessore non conforme, troppo elevato o troppo ridotto. Durante la forgiatura automatizzata, può verificarsi uno spostamento del pezzo se lo stampo superiore e quello inferiore non combaciano perfettamente, entro una tolleranza di pochi decimi o centesimi di millimetro. Anche durante il successivo processo di calibrazione manuale si verificano occasionali fluttuazioni di temperatura nella biella stessa, dovute ai diversi tempi di lavorazione, che comportano lievi variazioni di dimensioni e peso.
Un nuovo paradigma nei test
Per assicurare a IMR bielle di qualità superiore, Schmiedetechnik Plettenberg ha dovuto introdurre approcci tecnici innovativi nei processi di misura e controllo. Questo è stato il primo progetto in cui l'azienda ha utilizzato un sistema di visione per i test di qualità automatizzati. La sfida principale per Schmiedetechnik Plettenberg consisteva nel garantire un’adeguata ripetibilità dei test sulle bielle forgiate, che in alcuni casi presentavano superfici irregolari. Utilizzando il sistemi di visione Cognex, l'azienda è stata in grado di eseguire i test con grande successo. Ad esempio, ha raggiunto un livello di ripetibilità delle misurazioni dell'altezza entro 0,03 millimetri (0,001 pollici). A fronte di questo successo e dell’esperienza maturata da Schmiedetechnik Plettenberg nella progettazione e costruzione di impianti completi di movimentazione e test, IMR ha commissionato la stazione di prova dopo un periodo molto breve. Oggi la stazione di ispezione controlla in media 4,5 milioni di bielle all’anno.
Controllo completo dei test durante tutto il processo
Prima ancora di arrivare alla stazione di test ottico, le bielle vengono sottoposte a esami preliminari. Dopo la sabbiatura e una prima ispezione visiva, viene eseguito un test con polveri magnetiche per individuare microfessure sottilissime. Prima di procedere all’assemblaggio dei componenti, le bielle vengono pesate, rispettando una tolleranza di ±6 grammi (0,21 once). Le bielle vengono quindi posizionate su un nastro trasportatore verso la macchina di prova. Una barriera luminosa rileva le bielle, inviando poi al sistema di tracking le informazioni relative alla loro posizione e orientamento. Nella prima stazione di elaborazione immagini, i sistemi di visione Cognex In-Sight®, dotati di lenti telecentriche, misurano la lunghezza e la larghezza delle bielle, la concentricità della testa manovella e la marcatura. La lunghezza e la larghezza vengono determinate in base alle specifiche del prodotto, calcolando il rapporto tra il centro della testa manovella e un bordo esterno di riferimento prestabilito. Quando i valori misurati eccedono i limiti di tolleranza, i sistemi di visione trasmettono un segnale alla stazione I-PC che provvede a scartare la biella.
Nella stazione di elaborazione delle immagini, un sistema di visione Cognex In-Sight viene utilizzato per rilevare ulteriori numeri identificativi sul lato superiore dei componenti, basandosi su impronte tridimensionali forgiate con un’elevata leggibilità per gli OCR. L’acquisizione delle diverse caratteristiche avviene tramite l’impiego coordinato di più sistemi di illuminazione, contrapposti alle due telecamere In-Sight. L'illuminazione di sfondo a LED serve a registrare i contorni di ogni componente. La marcatura e i numeri identificativi vengono rilevati mediante luce incidente a LED rossi.
Sistema solido
Nella stazione di test delle bielle vengono adottati due approcci paralleli per ottenere il massimo livello di precisione possibile. Dopo la valutazione approfondita dei risultati, i dati di entrambe le immagini vengono confrontati all’interno del computer. Il sistema intelligente Cognex In-Sight garantisce il rilevamento del 100% degli errori già nella prima fase di test. Nella terza stazione di test, le misurazioni di spessore e altezza vengono eseguite con il metodo della triangolazione laser. Altre due camere Cognex a matrice, con risoluzione VGA, acquisiscono i profili a H utilizzando tracciature laser. L’altezza della testa di manovella, dell’albero e della testa del pistone viene misurata in più punti. Inoltre, il sistema verifica la simmetria e la deviazione dell’asta della biella.
Anche in ambienti di produzione non ottimali, i sistemi Cognex di elaborazione immagini si distinguono per le loro funzionalità di base, già pronte per applicazioni industriali. Grazie alla scocca in alluminio pressofuso e acciaio inossidabile, i sistemi risultano resistenti anche a elevate vibrazioni. I connettori M12 a tenuta stagna proteggono dalla polvere, offrendo a Schmiedetechnik Plettenberg un’elevata affidabilità e una manutenzione minima. La collaborazione tra i professionisti della forgiatura e gli esperti di visione ha dato vita a bielle di altissima qualità ingegneristica, progettate per soddisfare gli standard delle più moderne tecnologie motoristiche.