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Des capteurs de vision contrôlent les erreurs dans une ligne d'assemblage de bouchons d'huile

cognex camera inspecting miniature precision components

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MPC évite les défauts d'assemblage et améliore la productivité grâce aux capteurs de vision Checker de Cognex.

La fourniture de pièces aux grands constructeurs automobiles mondiaux ne laisse aucune place à l'erreur. C'est la raison pour laquelle Miniature Precision Components Inc. (MPC) utilise trois capteurs de vision pour contrôler les erreurs sur la ligne d'assemblage automatisé de bouchons d'huile sur son site de Prairie du Chien, Wisconsin (USA).

Avec 41 machines de moulage de 25 à 550 tonnes, ce site de 9300 mètres carrés emploie environ 450 personnes. Les quatre usines de fabrication de MPC génèrent environ 167 millions de dollars par an de chiffre d'affaires et alimentent les industries automobiles et commerciales en pièces et assemblages moulés par injection de haute qualité.

La qualité est incontournable chez MPC. Le fabricant s'est d'ailleurs vu décerner plusieurs fois le prix Ford Q1 Preferred Supplier depuis 1989 et il a reçu de nombreux trophées récompensant des fournisseurs de la part de grands noms comme GM, Nissan, Harley Davidson et Chrysler.

Outre les bouchons d'huile, le site fabrique un large éventail de pièces et assemblages thermoplastiques tels que des vannes de régulation de pression, des boîtiers de thermostats et des raccords rapides pour systèmes de contrôle d'émissions.

La qualité par l'automatisation

"Nous atteignons un haut niveau de qualité grâce à l'automatisation et la vision industrielle a été un élément clé de notre stratégie d'automatisation au cours des sept dernières années," explique Shane Harsha, MPC Manufacturing Engineering Manager.

Un système d'assemblage automatisé de bouchons d'huile est un bon exemple d'application. Brian Champion, MPC Automation and Tooling Engineer, a récemment complété les machines utilisant une technologie de capteurs traditionnelle avec des capteurs de vision Checker de Cognex Corp.

La mise à niveau a été très rentable et a largement amélioré la répétabilité pour assurer une production plus efficace de bouchons d'huile sans défauts.

"Comme les capteurs de vision Checker sont très simples à installer et à configurer, ils constituent une option très économique pour effectuer des inspections lorsque les capteurs traditionnels ne sont pas fiables et qu'un système de vision complet coûterait trop cher," explique Shane Harsha.

Fabriquer des bouchons d'huile par millions

La chaîne d'assemblage de bouchons d'huile de MPC installe des joints toriques sur des bouchons thermoplastiques moulés, puis imprime une marque sur la face supérieure des bouchons. Le système utilise deux bols vibrants d'environ 1,20 de diamètre. L'un délivre les joints toriques et l'autre délivre les bouchons d'huile.

Un bol vibrant se compose d'une grande cuve avec une rampe en spirale qui remonte sur le côté. Quand le bol est en vibration, les pièces remontent la rampe une à une jusqu'à un convoyeur en ligne. Au bout du convoyeur en ligne, un bras de manutention transfère les joints toriques vers la première station sur un plateau d'assemblage rotatif.

Une fois qu'un joint torique est chargé sur le support du plateau, il avance vers la seconde station. Là, un autre convoyeur en ligne délivre des bouchons nus venant de l'autre bol vibrant à un second bras de manutention qui presse les bouchons sur les joints chargés.

Puis le bouchon et le joint assemblés avancent sur le plateau rotatif et passent par les stations d'impression au tampon et d'inspection finale pour achever le processus.

Contrôle de l'orientation des pièces

Un contrôle minutieux de l'orientation du joint torique et du bouchon est essentiel pour garantir le bon positionnement du joint afin que le bouchon d'huile fini remplisse parfaitement sa fonction. Il faut aussi que le bouchon soit placé dans la bonne orientation avant l'impression au tampon pour satisfaire aux exigences de qualité rigoureuses.

Comme les contrôles mécaniques et les capteurs traditionnels s'avéraient peu fiables sur la chaîne d'assemblage de bouchons, MPC a sélectionné trois capteurs de vision Checker 202 pour garantir la bonne orientation des joints toriques et des bouchons.

Le premier, entre le bol vibrant et le convoyeur en ligne, détecte les joints toriques mal orientés. Un deuxième capteur de vision vérifie que le joint torique est bien positionné sur le support de plateau avant que le bouchon soit pressé sur celui-ci. Un troisième capteur s'assure de la bonne orientation du bouchon avant l'assemblage et l'impression.

Eliminer les joints toriques mal orientés

Chaque joint torique comporte un bourrelet d'étanchéité sur un côté. Le bourrelet doit être orienté vers le bas au moment où le joint est chargé sur le plateau d'assemblage. Si ce n'est pas le cas, la machine s'arrête. L'opérateur doit alors accéder au joint et le repositionner avant de redémarrer la machine.

Un automatisme mécanique avait été prévu sur le bol vibrant pour empêcher les joints toriques d'entrer dans la machine à l'envers. Cependant, le contrôle s'avérait peu fiable, estime Brian Champion. Les joints toriques qui étaient ne fût-ce que très légèrement voilés ou qui n'étaient pas parfaitement plats parvenaient à passer à travers ce contrôle et étaient chargés à l'envers, ce qui provoquait l'arrêt de la machine.
 
"Les interventions de l'opérateur pour retourner ces joints et redémarrer la machine étaient vraiment nuisibles à notre productivité," dit Shane Harsha. "Si la cadence de production baisse de 360 à 200 bouchons par heure, ces temps d'arrêt des machines nous coûtent environ 20.000 dollars par an. Comme nous approchons des volumes de pleine production, ce coût pourrait grimper jusqu'à 120.000 dollars par an."

La direction de l'entreprise MPC à Walworth, Wisconsin, avait précédemment présenté les nouveaux capteurs de vision Checker de Cognex à Shane Harsha et son équipe. Harsha et Champion ont estimé que ces capteurs de vision seraient une solution idéale pour cette application.

Après une démonstration, ils ont choisi des capteurs de vision Checker 202 car ils intègrent une forme de paramétrage ladder graphique simple mais puissante qui permet à chaque capteur Checker de piloter directement les sorties et de résoudre ainsi facilement les applications plus complexes.

"Grâce à l'éclairage compact intégré, la distance de travail variable, la programmation ladder et la capacité de fonctionnement autonome, ces systèmes sont très simples à installer. Il n'était pas nécessaire de les relier à un automate, ni d'installer ou connecter des cellules de déclenchement. Avec la configuration en quatre étapes, c'est de loin le capteur de vision le plus simple que j'aie jamais utilisé," dit Brian Champion. "Contrairement aux systèmes de vision que nous avons utilisés dans le passé, avec un Checker je suis en mesure de configurer toute l'inspection en quelques minutes."

Facilité d'installation et hautes performances

Pour utiliser un Checker, il suffit d'activer la détection de pièces, intégrée à l'environnement, et de placer ensuite des capteurs d'inspection sur chaque caractéristique à contrôler. Le système comprend trois types de capteurs d'inspection qui permettent d'adresser un large éventail d'applications dans de multiples secteurs de l'industrie :

  • Les capteurs de luminosité identifient les zones claires et les zones sombres.
  • Les capteurs de contraste recherchent des caractéristiques qui contiennent des zones claires et sombres, par exemple des codes de dates, des filetages et des codes à barres.
  • Les capteurs de forme apprennent à distinguer une caractéristique et à la signaler quand elle a été repérée.

Pour détecter les joints toriques à l'envers dans cette application, Brian Champion a configuré le Checker 202 en lui apprenant d'abord à rechercher le joint torique dans l'image. Puis il a positionné un capteur de forme à l'endroit approprié pour vérifier la présence ou l'absence du bourrelet d'étanchéité.

Le capteur de forme recherche la forme du bourrelet d'étanchéité sur le joint torique et le signale quand il a été détecté. Le capteur de forme reste dans une position fixe par rapport au capteur de détection de pièces de façon qu'il soit toujours au bon endroit pour rechercher la forme du bourrelet d'étanchéité.

Si le bourrelet d'étanchéité est invisible, le capteur de vision transmet un signal de sortie, à travers un coupleur optique, à une électrovanne pneumatique qui envoie un jet d'air sur le joint torique mal orienté pour l'écarter de la ligne d'assemblage et le renvoyer dans le bol vibrant où il est remis dans le circuit.

La solution lui paraissait tellement simple et rentable, il avait fallu moins d'une heure pour configurer et installer le premier capteur de vision, que Brian Champion a décidé de contrôler plus complètement les erreurs dans le process d'assemblage de bouchons d'huile en y ajoutant deux capteurs de vision.

Ceux-ci sont tous deux utilisés au niveau de la station suivante où le bouchon est pressé sur le joint torique chargé. L'un est monté sur le bras de manutention mobile. L'autre est fixé au-dessus du convoyeur en ligne qui alimente le process en bouchons.

Deux capteurs de vision supplémentaires

Brian Champion a installé le capteur de vision sur le bras mobile de la même façon que celui qui est chargé de rechercher des joints toriques à l'envers en sortie du bol vibrant, en utilisant d'abord le capteur de détection de pièces pour rechercher le joint torique dans l'image, puis un capteur de forme pour vérifier la présence ou l'absence du bourrelet d'étanchéité. Ceci permet au capteur de vision de s'assurer que le joint torique est correctement chargé avant que le bouchon ne soit pressé sur celui-ci.

Le dernier capteur de vision est monté au-dessus du convoyeur en ligne alimentant le process en bouchons, juste en amont du bras de manutention qui presse les bouchons sur les joints toriques chargés sur le plateau d'assemblage.

Ce capteur de vision vérifie l'orientation des bouchons. Cependant, il a été configuré de la même façon en apprenant d'abord au capteur de détection de pièces à reconnaître un rayon d'angle du bouchon d'huile, puis en apprenant à deux capteurs de forme à reconnaître les graphiques représentant une poignée de burette et une goutte d'huile.

En apprenant deux motifs, le capteur de vision peut déterminer l'orientation du bouchon. Si celui-ci n'est pas dans l'orientation adéquate permettant l'assemblage, le capteur de vision envoie au contrôleur du bras de manutention un signal qui fera tourner le bouchon sur 180 degrés avant son positionnement sur le plateau d'assemblage.

"Les capteurs de vision Checker nous ont aidés à atteindre des taux de zéro défaut dans le process de fabrication," indique Shane Harsha, "tout en réduisant les rebuts. Ils représentent la solution parfaite pour la plupart de nos applications d'inspection et de contrôle des erreurs."

Pour plus d'informations sur les solutions d'application de Cognex :

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