Supporti del cruscotto: misurazione della posizione e verifica dell’assemblaggio in un’unica stazione

Panoramica

Un supporto per il cruscotto è un insieme stampato e saldato che sostiene il quadro strumenti, il piantone dello sterzo e un insieme di supporti per gli airbag. Non è un componente di precisione nel senso classico del termine e tuttavia provoca ancora rumori anomali, disallineamenti e — nel caso peggiore — un sistema di ritenuta per il passeggero che non si attiva nella posizione prevista.

Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) progetta e costruisce stazioni per ispezioni dimensionali e di assemblaggio di strutture automobilistiche dal 2001. Di seguito viene illustrata la logica progettuale di una stazione per supporti: perché posizionamento e assemblaggio devono avvenire in un unico ciclo, come il riferimento determina la misurazione e come redigere un criterio che copra entrambi gli aspetti senza raddoppiare il takt.

1. Due domande, un unico componente

Un supporto deve rispondere a due domande prima di essere installato su un veicolo. Primo: i punti di fissaggio si trovano esattamente dove indicati nel disegno? Si tratta di una questione dimensionale relativa alla posizione dei fori e alla localizzazione delle superfici. Secondo: il supporto è stato realizzato correttamente? Si tratta di una questione di assemblaggio, legata all’assenza di viti, all’uso di clip errate, al montaggio invertito dei supporti o alla mancanza di saldature.

Normalmente gli stabilimenti rispondono a queste domande in due luoghi distinti: un dispositivo di controllo dimensionale sul lato dimensionale e un ispettore visivo sul lato assemblaggio. Separare i due controlli comporta un’operazione di movimentazione, e la movimentazione rappresenta il singolo costo maggiore nella maggior parte delle stazioni di ispezione. Inoltre, genera una lacuna: un supporto che supera il controllo dimensionale ma arriva in ritardo all’ispezione visiva è un supporto che potrebbe essere assemblato in modo errato prima che qualcuno se ne accorga.

2. Il riferimento è la misura

Ogni risultato dimensionale su un supporto è relativo a un riferimento, e i supporti sono flessibili. Un supporto stampato bloccato a un’estremità fornirà misure diverse rispetto allo stesso supporto bloccato all’altra estremità. Questo non è un problema della telecamera, ma un problema del dispositivo di fissaggio, ed è il fattore predominante nell’incertezza di misura.

La regola pratica consiste nel riprodurre il riferimento ipotizzato dal disegno tecnico, non quello più comodo da bloccare. Se il disegno indica tre fori di posizionamento come riferimento primario, il dispositivo di fissaggio deve basarsi esattamente su quei tre fori, nello stesso ordine e con una forza di serraggio ripetibile.

Ne consegue una seconda regola: misurare il componente nello stato libero in cui si troverà sul veicolo, qualora il disegno lo consenta. Un supporto misurato mentre è bloccato e che successivamente si deformi elasticamente al rilascio supererà l’ispezione ma fallirà sulla linea di montaggio.

3. Cosa misura la Vision Station

Il contenuto dimensionale di una stazione per supporti è solitamente un elenco breve: posizione del foro su due assi, diametro del foro, posizione relativa di due superfici di fissaggio e presenza di perni saldati all’altezza corretta.

Si noti che due delle quattro tecnologie operano fuori dal piano. Una stazione puramente bidimensionale misura i fori in modo eccellente ma non è in grado di misurare affatto l’altezza dei perni; per questo motivo le stazioni per supporti sono generalmente ibride: una telecamera 2D per la posizione e un sensore 3D o un profilo laser per l’altezza.

4. La metà del ciclo dedicata al montaggio

La verifica dell’assemblaggio su una staffa è un problema di classificazione con un numero ridotto di classi: presente o assente, variante corretta o errata, orientamento corretto o invertito. Ognuna di queste distinzioni è più semplice rispetto a un difetto superficiale, ma più difficile di quanto sembri, poiché l’illuminazione che rende nitido il contorno di un foro spesso rende invisibile una clip in plastica nera.

L’approccio operativo prevede un’immagine dedicata per ogni caratteristica, anziché un’unica immagine d’insieme. Un perno mancante è evidente in un primo piano e ambiguo in una ripresa ampia; una staffa invertita è evidente in una ripresa ampia e invisibile in un primo piano. Le stazioni multi-vista esistono proprio perché entrambe le domande vengono poste sullo stesso componente.

Il riconoscimento della variante merita una menzione a parte. Su una linea mista, due staffe che differiscono per un singolo dado saldato appariranno identiche a un modello addestrato sulla forma complessiva. Il metodo affidabile consiste nel basarsi sulla caratteristica che differisce, non sulla sagoma.

5. Mantenere costante il tempo di ciclo

Una stazione che aggiunge controlli di assemblaggio a quelli dimensionali raddoppierà il suo ciclo, a meno che non sia progettata come una pipeline parallela. La tecnica è semplice: esporre ed elaborare ogni vista in modo indipendente, sovrapporre l’acquisizione all’elaborazione e ridurre al minimo il numero di movimenti del robot, compatibilmente con il campo visivo disponibile.

Per una staffa, l’intervallo realistico è di pochi secondi per vista e un ciclo totale compreso tra dieci e venti secondi, inclusa la manipolazione. Una stazione che riporta trenta secondi è solitamente sequenziale, non ottica.

6. Criteri di accettazione per una stazione combinata

Poiché la stazione risponde a due domande diverse, necessita di due criteri distinti. Combinarli in un unico tasso di superamento nasconde quale delle due parti sta fallendo.

7. Cosa cambia quando il supporto viene saldato

La maggior parte dei supporti è costituita da insiemi saldati, non da semplici lamierati stampati; la saldatura modifica il problema dell’ispezione in tre modi: aggiunge caratteristiche da verificare, introduce deformazioni che spostano il riferimento e lascia schizzi di materiale che un modello di difetti potrebbe erroneamente segnalare come difetti superficiali.

La verifica delle saldature è una disciplina a sé stante. Una saldatura può mancare, essere troppo corta, posizionata in modo errato o porosa; soltanto le prime due condizioni sono rilevabili in modo affidabile mediante una telecamera bidimensionale. La lunghezza e la posizione della saldatura sono misurabili a partire dalla sagoma; la porosità e la penetrazione richiedono invece un profilo tridimensionale oppure un controllo distruttivo. La stazione deve indicare esplicitamente quali di questi parametri verifica, poiché una specifica che recita semplicemente «saldatura ispezionata», senza ulteriori precisazioni, non costituisce una vera specifica.

La distorsione è il problema meno evidente. Una staffa saldata si deforma elasticamente dopo il rilascio, e l’entità della deformazione dipende dall’apporto termico e dalla sequenza di fissaggio. Poiché il disegno presuppone una forma nominale, la misurazione deve o riprodurre le condizioni di assemblaggio oppure accettare una tolleranza più ampia per le caratteristiche influenzate dal rimbalzo elastico. Gli stabilimenti che trascurano questo aspetto finiscono per ottimizzare le attrezzature invece che la saldatura.

Gli schizzi di materiale fuso rappresentano un rischio di classificazione, non di misurazione. Una goccia di schizzo e un’ammaccatura appaiono simili in scala di grigi; differiscono invece in altezza e nitidezza dei bordi. Un’immagine a singola altezza li confonde, e tale confusione si manifesta solitamente come tasso di rifiuti falsi, impossibile da spiegare. Una seconda prospettiva, anche grossolana, separa agevolmente le due categorie a basso costo.

8. Il modello di costo alla base della stazione

Una stazione di controllo a staffa è solitamente giustificata confrontandola con un dispositivo di controllo più un ispettore. Tale confronto è incompleto, perché tiene conto del dispositivo ma non dei centinaia di dispositivi necessari per una linea mista, e tiene conto dell’ispettore ma non del ciclo di ritorno per correzione generato da un rilevamento tardivo.

Il modello onesto prevede quattro voci: dispositivi evitati, manodopera eliminata, scostamenti prevenuti e costo di cambio modello. Le prime due sono facili da quantificare in una business case; le ultime due determinano se il progetto supererà un audit effettuato due anni dopo.

Il cambio modello merita una voce a sé perché è qui che le stazioni combinate falliscono dal punto di vista commerciale. Una stazione che richiede un intero turno per passare da una staffa a un’altra verrà utilizzata per un solo variant, e la flessibilità che ne aveva giustificato l’adozione scompare. Caratteristiche comuni di posizionamento e attrezzature per cambio rapido non sono lussi; sono ciò che rende concreto l’investimento.

Domande frequenti

Un dispositivo di controllo può essere sostituito uno a uno?

Di solito sì, per quanto riguarda posizione e diametro, con una condizione: lo schema di posizionamento del fissaggio deve essere riprodotto. La visione artificiale non elimina la necessità di un riferimento (datum), ma solo quella di uno strumento fisico per ogni caratteristica.

Quante telecamere necessita una staffa?

Un numero sufficiente a coprire entrambe le facce e il campo dei perni alla risoluzione richiesta. Quattro-sei telecamere è tipico per una staffa completa; meno, se solo una faccia presenta caratteristiche.

E per i componenti flessibili che si muovono una volta rilasciati?

Effettuare la misurazione nello stato rilasciato oppure definire esplicitamente la condizione di serraggio nel disegno. Una misurazione senza una condizione specificata non è ripetibile.

Il riconoscimento delle varianti richiede necessariamente l’uso del deep learning?

Non necessariamente. Se la caratteristica differenziante è geometrica, la misurazione classica è più robusta. Il deep learning trova la sua applicazione quando la differenza è testuale o estetica.

Conclusione

Una stazione a supporto è un compromesso tra due domande poste allo stesso componente nello stesso minuto. Unirle consente di risparmiare sulle operazioni di movimentazione e di colmare il divario tra la verifica dimensionale e la verifica in fase di assemblaggio; mantenerle separate nei criteri di accettazione garantisce che la stazione identifichi correttamente quale delle due parti non soddisfa i requisiti.

L’ordine di progettazione efficace è: riferimento, quindi ottica, quindi parallelismo, quindi criteri. Invertire due di questi elementi comporta una revisione della stazione durante la messa in servizio.