Inspection de la surface du bloc après lavage : trois postes, un seul passage

Aperçu

Un bloc qui quitte la machine de lavage en apparence propre peut tout de même être rejeté pour deux raisons différentes qui apparaissent identiques sur une image : un défaut de fonderie présent dès l’origine et un copeau que l’étape de lavage n’a pas réussi à éliminer. Distinguer ces deux cas constitue précisément l’objectif de l’inspection immédiatement après le lavage, plutôt qu’en fin de ligne.

Cette inspection sert également la machine de lavage. Si des copeaux sont détectés de façon récurrente dans une zone précise, cette observation permet d’identifier rapidement un problème lié à la position d’une buse, à une étape de filtration ou à un contact avec un dispositif de fixation — et ce, au cours du même poste de travail, plutôt que trois semaines plus tard, lorsque la pièce échoue lors de l’assemblage.

Big Bird Industrial (anciennement Shimada Big Bird Industrial) conçoit des systèmes de nettoyage et d’ébavurage pour les composants des groupes motopropulseurs automobiles depuis 2001, et l’agencement de postes décrit ici suit les lignes de production de blocs moteurs diesel, en utilisant une caméra haute résolution portée par un robot avec une illumination diffuse étendue répartie sur trois postes.

1. Pourquoi la position située immédiatement après le laveur est déterminante

Le même défaut fournit des informations différentes selon l’endroit où il est détecté, et la position située immédiatement après le laveur permet de distinguer clairement la cause de sa conséquence.

Une attribution sans supposition

À la fin de la ligne, une inclusion sur une surface usinée pourrait provenir du laveur, de l’opération d’assemblage, d’un dispositif de fixation ou de l’environnement. Immédiatement après le laveur, un seul candidat est possible, ce qui transforme une enquête en simple vérification.

Le laveur fournit un résultat

Une étape de lavage est normalement évaluée à l’aide d’un prélèvement échantillonné, qui fournit une valeur de masse plusieurs heures après la fabrication de la pièce. Un poste d’inspection fournit des résultats par pièce et par emplacement, ce qui constitue un type de rétroaction différent : il indique quelle face est concernée, pas seulement la quantité.

2. Trois postes d’inspection et ce que chacun perçoit

Un bloc ne peut pas être inspecté sous un seul angle. Ses surfaces pertinentes sont orientées dans plusieurs directions, et les surfaces les plus difficiles à observer sont souvent celles où les copeaux s’accumulent.

Face inférieure, périmètre et examen final

L’agencement utilisé sur les blocs diesel couvre la face inférieure, les faces du périmètre et un poste d’examen final, où les résultats ambigus sont analysés par un opérateur. Ces trois postes ne sont pas redondants : la face inférieure accumule les copeaux sous l’effet de la gravité, le périmètre comporte les faces usinées destinées à s’assembler avec d’autres composants, et le poste d’examen final existe parce que tout résultat ambigu ne doit pas nécessairement être tranché par un modèle.

Caméra montée sur robot contre caméras fixes

Un robot équipé d’une caméra peut atteindre plusieurs surfaces avec un seul capteur, au prix d’un temps de déplacement accru et d’une moindre précision du trajet. Des caméras fixes couvrant une station sont plus rapides, mais nécessitent une caméra par angle de vue. Sur un bloc moteur, l’arrangement robotisé est courant, car le nombre d’angles de vue est élevé et la pièce est présentée dans une seule orientation.

3. Une copeau et un défaut se ressemblent

La partie la plus difficile de l’inspection de surface après le lavage est que les deux éléments qu’elle doit distinguer sont visuellement similaires.

Pourquoi cette distinction est-elle difficile ?

Un copeau métallique posé sur une surface usinée présente un bord, une ombre et un contraste par rapport à l’arrière-plan, exactement ce qu’offrent également une rayure ou une déformation. Un modèle entraîné uniquement sur des exemples de défauts classera les copeaux comme des défauts, et un poste qui procède ainsi génère des détections erronées qui sapent la confiance en l’espace d’une semaine.

Comment cette distinction est-elle établie ?

Les critères fiables de séparation sont physiques, non statistiques. Un copeau repose au-dessus de la surface et projette une ombre dont la direction varie avec celle de la lumière, tandis qu’une déformation est une dépression dont l’ombrage ne change pas. Un copeau peut être déplacé par un souffle d’air ; un défaut, non. L’utilisation d’une seconde exposition avec une direction lumineuse différente, ou d’un souffle d’air avant la reprise d’image, transforme une classification ambiguë en un test physique.

4. Le poste de révision humaine

Un poste de révision ne constitue pas un échec de l’automatisation. Il permet plutôt de régler les postes automatisés à une sensibilité suffisante pour détecter tous les défauts, sans générer une file d’attente de décisions impossibles à trancher.

À quoi sert la révision

La révision traite les cas où l’image ne permet pas de distinguer clairement les catégories : une marque qui pourrait être une rayure ou un résidu de liquide de refroidissement séché, une tache qui pourrait provenir d’une porosité ou d’un éclat. Une personne munie d’une source lumineuse et d’un dispositif de grossissement examine l’élément une seule fois et prend une décision en quelques secondes, ce qui permet de trancher définitivement la question.

Garantir l’intégrité de la révision

Le risque est que la révision devienne un lieu où tout est systématiquement validé sous pression temporelle. Enregistrer les décisions prises par le réviseur et échantillonner ces décisions pour les comparer à des vérifications effectuées en laboratoire permet de mesurer concrètement le taux global d’échappement du poste, plutôt que de le supposer.

Un poste d’inspection nécessite également le bon outil pour la question posée. Une loupe et une lampe à faible angle permettent de déterminer la nature d’une rayure ; un jet d’air permet de savoir si une marque provient de matière lâche ; un endoscope permet d’inspecter un alésage inaccessible à la caméra. Fournir ces trois outils au poste d’inspection coûte moins cher que de renvoyer la pièce au bac de lavage pour réexamen.

5. Éclairage d’une pièce humide

L’inspection immédiatement après le lavage implique d’examiner une pièce qui peut encore être humide, or l’eau modifie l’apparence d’une surface. Un film d’eau remplit les rayures superficielles et les masque ; des gouttelettes créent des reflets interprétés à tort comme des caractéristiques.

La solution pratique consiste soit à inspecter après séchage, soit à accepter une pièce humide et à concevoir l’éclairage en conséquence, en utilisant une lumière diffuse étendue qui ne produit pas d’image spéculaire des gouttelettes. Lorsque le critère inclut l’état sec, l’inspection après séchage est la seule option, car une pièce humide ne peut pas être évaluée quant à sa teneur en eau.

6. Renvoi du résultat au bac de lavage

Un poste d’inspection produit des données qui ne sont utiles que si elles parviennent aux personnes capables d’y réagir. La forme utile est une carte : quelle surface, quel emplacement, à quelle fréquence, et la découverte concerne-t-elle un éclat ou un défaut ?

Un regroupement d’éclats sur une même face indique un problème de buse ou de filtration. Un regroupement de rayures indique un problème de manipulation ou de fixation. Les deux peuvent être corrigés au cours d’un seul poste de travail, et les deux restent invisibles dans un rapport qui ne mentionne que le nombre de pièces défectueuses.

7. Temps de cycle et position du poste

L’inspection après lavage entre en concurrence avec la ligne pour la pièce, et le poste doit la libérer suffisamment vite pour que le laveur ne soit pas en attente.

Trois postes en série

Avec un robot portant la caméra, les trois vues s’exécutent l’une après l’autre sur la même pièce, de sorte que le temps de poste correspond à la somme des déplacements et du traitement d’image. Sur un bloc représentant une fraction substantielle d’une minute, c’est pourquoi le poste est souvent placé là où existe un petit tampon plutôt que directement dans le chemin de sortie du laveur.

Échantillonnage contre inspection complète

L’inspection de chaque pièce n’est possible que lorsque le temps de poste s’intègre dans le takt. Lorsque ce n’est pas le cas, le compromis habituel consiste à inspecter chaque pièce sur les surfaces présentant le risque le plus élevé et à auditer le reste selon un plan d’échantillonnage. Ce compromis doit être inscrit dans la spécification, car un poste acheté pour une inspection complète mais exploité en échantillonnage repose sur une justification différente.

La position détermine également ce que la station est en mesure de vérifier. Immédiatement après le laveur, elle atteste de l’état de la pièce une fois lavée ; cent mètres plus loin sur la ligne, elle atteste de l’état de la pièce après transfert, manutention et éventuelle attente — ce qui constitue une affirmation différente, et moins robuste. Déplacer une station en aval est simple sur un plan d’agencement, mais coûteux en termes de capacité d’explication qu’elle perd alors. Le même raisonnement s’applique lorsqu’on la place après une zone tampon ou après refroidissement, où la condensation et la manutention ont déjà modifié la surface.

Questions fréquemment posées

La station doit-elle être placée avant ou après le séchage ?

Après le séchage, si le caractère sec fait partie des critères d’acceptation, car la présence d’eau à la surface empêche d’évaluer à la fois l’état de la surface et le caractère sec. Avant le séchage uniquement si le procédé ne comporte aucune exigence relative au caractère sec.

Quelle est la taille minimale du défaut détectable ?

Sur les surfaces usinées des blocs, les contours des défauts à l’échelle du demi-millimètre sont détectables à l’aide d’une caméra haute résolution et d’une lumière diffuse. Les détails plus petits nécessitent un champ de vision plus étroit et davantage de postes.

Ce poste remplace-t-il le test de propreté ?

Non. L’inspection de surface révèle ce qui est visible sur une face ; le test de propreté mesure ce qui est extrait d’une zone, y compris les matériaux situés à l’intérieur des passages. Ces deux tests répondent à des questions différentes, et les deux sont indispensables.

Comment ce poste est-il validé ?

À l’aide d’un ensemble de pièces présentant des défauts connus et une contamination par copeaux connue, tous deux soumis de façon répétée. Un poste testé uniquement sur des pièces propres n’a démontré aucune capacité de détection.

Conclusion

L’inspection immédiatement après le nettoyeur transforme une défaillance tardive en un signal émis au cours du même poste de travail, et permet de distinguer un copeau d’un défaut de fonderie au seul endroit où cette distinction est sans ambiguïté. Trois postes couvrent les surfaces ; la position de révision traite ce que l’image ne parvient pas à trancher.

La station vaut la peine d’être construite uniquement si sa sortie parvient au laveur sous forme de carte d’emplacement plutôt que sous forme de taux de réussite. Un simple décompte des échecs ne permet à personne de savoir quel embout vérifier.