Ispezione della superficie del blocco dopo la pulizia: tre stazioni, un unico passaggio

Panoramica

Un blocco che esce dalla stazione di lavaggio apparentemente pulito può comunque risultare difettoso per due motivi diversi che appaiono identici in un’immagine: un difetto di fusione presente fin dall’inizio e una scheggia non rimossa durante la fase di lavaggio. Distinguere questi due casi è lo scopo dell’ispezione effettuata immediatamente dopo il lavaggio, anziché alla fine della linea.

L’ispezione serve anche alla stazione di lavaggio. Se le schegge vengono rilevate in un’area costante, tale riscontro indica un problema legato alla posizione di un ugello, a uno stadio di filtrazione o a un contatto con un dispositivo di fissaggio, e lo segnala entro lo stesso turno, anziché dopo tre settimane, quando il componente potrebbe guastarsi in fase di assemblaggio.

Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) costruisce sistemi per la pulizia e la sbavatura di componenti del powertrain automobilistico dal 2001, e la disposizione delle stazioni descritta qui segue le linee di produzione per i blocchi diesel, utilizzando una telecamera ad alta risoluzione montata su robot con illuminazione diffusa ampia su tre stazioni.

1. Perché la posizione subito dopo il lavaggio è fondamentale

Lo stesso difetto trasmette informazioni diverse a seconda del punto in cui viene rilevato, e la posizione immediatamente successiva al lavaggio è quella che distingue la causa dall’effetto.

Attribuzione senza ipotesi

Alla fine della linea, una scheggia su una superficie lavorata potrebbe provenire dal lavaggio, dall’operazione di assemblaggio, da un dispositivo di fissaggio o dall’ambiente circostante. Subito dopo il lavaggio esiste un solo candidato possibile, trasformando un’indagine in un semplice controllo.

Il lavaggio ottiene un risultato

Una fase di lavaggio viene normalmente valutata mediante un’estrazione campionata, che fornisce un valore di massa alcune ore dopo la produzione del pezzo. Una stazione di ispezione fornisce invece dati per singolo pezzo e per singola posizione: si tratta di un tipo diverso di riscontro, in quanto indica quale faccia presenta un’anomalia, non soltanto la quantità di materiale estratto.

2. Tre stazioni e ciò che ciascuna osserva

Un blocco non può essere ispezionato in una sola vista. Le sue superfici rilevanti sono orientate in diverse direzioni, e spesso le superfici più difficili da osservare sono quelle in cui si accumulano i trucioli.

Faccia inferiore, perimetro e revisione

La configurazione utilizzata sui blocchi diesel copre la faccia inferiore, le facce perimetrali e una posizione di revisione in cui i risultati ambigui vengono esaminati da un operatore. Queste tre posizioni non sono ridondanti: la faccia inferiore raccoglie i trucioli per gravità, le facce perimetrali corrispondono alle superfici lavorate che si accoppiano ad altri componenti, e la posizione di revisione esiste perché non ogni risultato ambiguo deve essere deciso da un modello.

Telecamera montata su robot contro telecamere fisse

Un robot dotato di una telecamera può raggiungere diverse superfici con un solo sensore, a scapito del tempo di movimento e della precisione del percorso. Le telecamere fisse che coprono una stazione sono più veloci, ma richiedono un’unità per ogni angolazione di vista. Su un blocco motore, la soluzione con robot è comune perché il numero di angolazioni richieste è elevato e il pezzo viene presentato in un’unica orientazione.

3. Un truciolo e un difetto sono simili tra loro

La parte più difficile dell'ispezione superficiale dopo il lavaggio è che le due cose da distinguere sono visivamente simili.

Perché la distinzione è difficile

Un truciolo metallico posizionato su una superficie lavorata presenta un bordo, un’ombra e un contrasto rispetto allo sfondo: esattamente ciò che caratterizza un graffio o una deformazione. Un modello addestrato esclusivamente su esempi di difetti classificherà i trucioli come difetti; una stazione che opera così genera falsi allarmi, erodendo la fiducia in una settimana.

Come viene effettuata la distinzione

I criteri affidabili per separare i due casi sono fisici, non statistici. Un truciolo si trova al di sopra della superficie e proietta un’ombra la cui direzione varia con la direzione della luce, mentre una deformazione è un’incavatura la cui ombreggiatura non cambia. Un truciolo può essere spostato da un getto d’aria; un difetto no. L’uso di una seconda acquisizione con direzione della luce diversa, oppure di un getto d’aria prima di una nuova acquisizione, trasforma una classificazione ambigua in un test fisico.

4. La postazione per la revisione umana

Una postazione di revisione non rappresenta un fallimento dell’automazione. È invece ciò che consente alle postazioni automatizzate di essere impostate su una sensibilità tale da rilevare ogni anomalia, senza generare una coda di decisioni irrisolvibili.

A cosa serve la revisione

La revisione gestisce i casi in cui l’immagine non separa chiaramente le classi: un segno che potrebbe essere un graffio o invece del refrigerante essiccato, una macchia che potrebbe essere porosità oppure un chip. Una persona, dotata di luce e ingrandimento, osserva una volta sola e decide: ciò richiede pochi secondi e risolve definitivamente la questione.

Garantire l’affidabilità della revisione

Il rischio è che la revisione diventi un luogo in cui tutto viene approvato sotto pressione temporale. Registrare le decisioni del revisore e campionarle confrontandole con controlli di laboratorio permette di misurare, anziché semplicemente presumere, il tasso complessivo di scarti non rilevati.

Anche una postazione di revisione richiede lo strumento giusto per la domanda posta. Una lente d'ingrandimento e una lampada a basso angolo consentono di valutare un graffio; un ugello ad aria permette di verificare se una macchia è materiale allentato; un endoscopio consente di ispezionare un foro non raggiungibile dalla telecamera. Fornire tutti e tre gli strumenti presso la postazione di revisione risulta più economico che rinviare il pezzo alla stazione di lavaggio per una nuova ispezione.

5. Illuminazione di un pezzo bagnato

Ispezionare immediatamente dopo il lavaggio significa esaminare un pezzo che potrebbe ancora essere umido, e l’acqua modifica l’aspetto della superficie. Un sottile strato d’acqua riempie i graffi superficiali nascondendoli; le gocce creano riflessi che vengono interpretati come caratteristiche effettive.

La soluzione pratica consiste o nell’ispezionare dopo l’essiccazione oppure nell’accettare un pezzo bagnato e progettare l’illuminazione di conseguenza, utilizzando una luce diffusa ampia che non produca immagini speculari delle gocce. Qualora il criterio includa la condizione di asciutto, l’unica opzione possibile è ispezionare dopo l’essiccazione, poiché un pezzo bagnato non può essere valutato quanto a presenza di acqua.

6. Restituzione del risultato alla stazione di lavaggio

Una stazione di ispezione produce dati che sono utili soltanto se raggiungono le persone in grado di intervenire. La forma utile è una mappa: quale superficie, quale posizione, con quale frequenza e se il riscontro è uno scheggione o un difetto.

Un raggruppamento di scheggoni su una stessa faccia indica un problema relativo a un ugello o a un filtro. Un raggruppamento di graffi indica un problema legato alla manipolazione o al fissaggio. Entrambi gli scenari consentono un intervento entro un turno e rimangono invisibili in un rapporto che riporta soltanto quanti pezzi sono risultati non conformi.

7. Tempo di ciclo e posizionamento della stazione

L’ispezione successiva al lavaggio compete con la linea per il pezzo, e la stazione deve rilasciarlo abbastanza velocemente da evitare attese del lavaggio.

Tre stazioni in sequenza

Con un robot che trasporta la telecamera, le tre viste vengono eseguite una dopo l’altra sulla stessa parte; pertanto, il tempo di stazione corrisponde alla somma dei tempi di movimento e del tempo di elaborazione dell’immagine. Su un blocco che richiede una frazione consistente di minuto, motivo per cui la stazione viene spesso posizionata dove è presente un piccolo buffer, anziché direttamente sul percorso di uscita dal lavaggio.

Campionamento contro ispezione completa

Ispezionare ogni singolo pezzo è possibile soltanto quando il tempo di stazione rientra nel takt. Qualora ciò non avvenga, il compromesso abituale consiste nell’ispezionare ogni pezzo sulle superfici a maggior rischio e nel sottoporre gli altri a un piano di campionamento. Tale compromesso deve essere esplicitamente indicato nella specifica, poiché una stazione acquistata per un’ispezione completa ma utilizzata in regime di campionamento richiede una giustificazione diversa.

La posizione determina anche ciò che la stazione è in grado di verificare. Subito dopo il lavaggio, essa verifica lo stato del pezzo come lavato; a cento metri lungo la linea, verifica lo stato del pezzo dopo il trasferimento, la movimentazione e qualsiasi attesa, il che costituisce un’affermazione diversa e meno affidabile. Spostare una stazione verso valle è facile su un disegno di layout, ma comporta un costo in termini di ciò che non potrà più spiegare. Lo stesso ragionamento vale per il posizionamento della stazione dopo un buffer o dopo il raffreddamento, dove condensa e movimentazione hanno già modificato la superficie.

Domande frequenti

La stazione deve essere posizionata prima o dopo l’essiccazione?

Dopo l’essiccazione, se l’assenza di umidità rientra nei criteri di accettazione, poiché l’acqua sulla superficie impedisce di valutare sia la superficie stessa sia lo stato di asciugatura. Prima dell’essiccazione soltanto se il processo non prevede alcun requisito di asciugatura.

Qual è la dimensione minima del difetto rilevabile?

Sulle superfici lavorate dei blocchi, i contorni dei difetti su scala mezzo millimetro sono rilevabili con una telecamera ad alta risoluzione e luce diffusa. Per rilevare dettagli più piccoli è necessario un campo visivo più ristretto e un numero maggiore di stazioni.

Questa stazione sostituisce la prova di pulizia?

No. L’ispezione superficiale individua ciò che è visibile su una faccia; la prova di pulizia misura invece ciò che viene estratto da una zona, compresi i materiali presenti all’interno dei canali. Le due prove rispondono a domande diverse e sono entrambe necessarie.

Come viene validata questa stazione?

Mediante un insieme di componenti recanti difetti noti e contaminazione da trucioli nota, entrambi presentati ripetutamente. Una stazione testata esclusivamente su componenti puliti non dimostra nulla circa la sua capacità di rilevamento.

Conclusione

L’ispezione effettuata immediatamente dopo il lavaggio trasforma un guasto tardivo in un segnale rilevabile nello stesso turno di lavoro e distingue un truciolo da un difetto di fusione nel solo punto in cui tale distinzione è inequivocabile. Tre stazioni coprono le superfici; la posizione di revisione gestisce gli elementi che l’immagine non riesce a definire con certezza.

La stazione vale la pena di essere costruita solo se il suo output raggiunge il lavaggio come mappa di posizione, anziché come tasso di superamento. Un conteggio dei guasti non indica a nessuno quale ugello controllare.