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Assemblaggio dei tappi dell'olio a prova di errore grazie ai sensori di visione

cognex camera inspecting miniature precision components

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MPC previene i difetti di assemblaggio, migliora la produttività grazie ai sensori di visione Checker di Cognex

La fornitura di componenti alle principali aziende automobilistiche non lascia spazio ad errori. Per questo motivo, Miniature Precision Components Inc. (MPC) utilizza tre sensori di visione per garantire l'assenza di errori dall'assemblaggio automatizzato di tappi dell'olio presso il suo stabilimento a Prairie du Chien, WI.

Grazie a 41 macchine per lo stampaggio con dimensioni comprese tra 25 e 550 tonnellate, questo stabilimento di 100.000 metri quadrati impiega circa 450 dipendenti. I quattro stabilimenti produttivi MPC producono un guadagno di circa 167 milioni di dollari l'anno dalla fornitura di componenti e assemblaggi stampati a iniezione di alta qualità a industrie automobilistiche e commerciali.

La qualità è un must per MPC. Non a caso, è il fornitore preferito di Ford Q1 dal 1989 e ha ricevuto numerosi riconoscimenti da aziende del calibro di GM, Nissan, Harley Davidson e Chrysler.

Oltre ai tappi dell'olio, lo stabilimento produce una serie di componenti e assemblaggi termoplastici, tra cui si annoverano valvole di controllo pressione, alloggiamenti per termostati e porte di collegamento rapido per i sistemi di controllo delle emissioni.

La qualità attraverso l'automazione
"L'automazione è sinonimo di qualità, e i sistemi di visione sono stati un componente chiave della nostra strategia negli ultimi sette anni", spiega Shane Harsha, direttore tecnico MPC.

Un sistema di assemblaggio automatizzato di tappi dell'olio ne è un esempio. L'ingegnere della strumentazione e dell'automatizzazione di MPC Brian Champion ha recentemente dotato la tradizionale strumentazione dei sensori di visione Checker di Cognex Corp.

L'aggiornamento si è dimostrato estremamente vantaggioso in termini economici e ha migliorato la ripetibilità, per offrire una produzione di tappi dell'olio privi di difetti più efficiente.

“Dal momento che i sensori di visione Checker sono così semplici da impostare e installare, sono una soluzione molto conveniente in situazioni in cui i sensori tradizionali risultano poco affidabili e dove un sistema di visione completo sarebbe troppo costoso,” spiega Harsha.

Produzione di milioni di tappi dell'olio
Il sistema di assemblaggio dei tappi per l'olio MPC installa gli anelli di tenuta in tappi termoplastici stampati, e in seguito esegue la stampa sulla parte superiore dei tappi. Il sistema adotta due alimentatori a vasca vibrante del diametro di circa 4 piedi. Uno alimenta gli anelli, l'altro i tappi dell'olio.

Un alimentatore a vasca vibrante è composto da un'ampia vasca con una canaletta spirale a lato. Quando la vasca vibra, i componenti si dirigono uno per volta sulla canaletta verso un trasportatore in linea. Al termine del trasportatore in linea, un braccio di prelevamento trasferisce gli anelli alla prima stazione su un quadrante di assemblaggio rotante.

Dopo che è stato caricato un anello nel quadrante, viene indicizzato alla seconda stazione. Lì un altro trasportatore in linea alimenta i tappi vuoti dall'altro alimentatore a vasca vibrante a un secondo braccio di prelevamento, che spinge i tappi sulla parte superiore delle tenute.

Il tappo assemblato e la tenuta proseguono sul quadrante rotante attraverso la tampografia fino alle stazioni di ispezione finali che completano il processo.

Orientamento del componente di controllo
Il rigido controllo dell'anello e l'orientamento dei tappi è essenziale perché la tenuta sia installata correttamente e offra un buon funzionamento del tappo dell'olio. Il tappo, inoltre, deve avere il giusto orientamento prima della tampografia per soddisfare i rigidi requisiti di qualità.

Poiché la strumentazione e i sensori tradizionali nel sistema di assemblaggio dei tappi si sono rivelati inaffidabili, MPC ha scelto tre sensori di visione Checker 202 per garantire il corretto orientamento dell'anello e dei tappi.

Il primo rileva gli anelli invertiti tra la vasca dell'alimentatore vibrante e il trasportatore in linea. Un secondo sensore di visione controlla che l'anello è correttamente posizionato sul quadrante prima di applicarvi il tappo. Un terzo sensore assicura il corretto orientamento del tappo prima di assemblarlo e stamparlo.

Eliminazione degli anelli ribaltati
Ogni anello presenta un cordone di saldatura a un lato. Il cordone deve essere posizionato rivolto verso il basso quando si posiziona la tenuta sul quadrante di assemblaggio. Se ha una posizione diversa, la macchina si spegne. L'operatore dovrà quindi intervenire e riposizionare la tenuta prima di riavviare la macchina.

La strumentazione meccanica sulla vasca dell'alimentatore è stata progettata per evitare che gli anelli ribaltati interferiscano con il processo. Tuttavia questa non era affidabile, stando a Champion. Gli anelli leggermente deformati o non perfettamente appiattiti talvolta riuscivano ad eluderla e venivano caricati al contrario, provocando l'arresto della macchina.
 
“L'operatore doveva girare queste tenute e riavviare la macchina, e questo comprometteva notevolmente l'efficienza del processo” dice Harsha. “Con un calo di produzion da 360 a 200 tappi l'ora, il costo annuale dei tempi di inattività è pari a 20.000 dollari. Poiché il nostro obiettivo è raggiungere i massimi volumi di produzione, tale costo potrebbe aumentare a 120.000 dollari l'anno.”

Presso la sede MPC a Walworth, WI, ad Harsha e il suo team sono stati introdotti i nuovi sensori di visione Cognex Checker. Harsha e Champion hanno deciso che questi erano perfetti per quest'applicazione.

Dopo una dimostrazione, hanno scelto i sensori di visione Checker 202 perché dotati di forma grafica di linguaggio Ladder Logic semplice ma potente, che consente di collegare i singoli sensori di ispezione Checker direttamente alle uscite, per risolvere con facilità le applicazioni più complesse.

“Dimensioni ridotte, illuminazione integrata, distanza di lavoro variabile, linguaggio Ladder Logic e capacità di funzionamento libero: tutto ciò rende questi dispositivi molto semplici da installare. Non è stato necessario cablarli a un PLC né installare e cablare sensori di attivazione, e l'impostazione a quattro fasi li rende i sensori di visione più intuitivi che abbia mai adoperato” dichiara Champion. “A differenza dei sistemi di visione che abbiamo utilizzato in passato, posso impostare l'intera ispezione con Checker in pochi minuti.”

Configurazione semplice, prestazioni potenti
Utilizzare Checker è semplice, così come selezionare il sensore di rilevamento componenti incorporato e quindi posizionare i sensori di ispezione sulle caratteristiche da controllare. Il dispositivo comprende tre tipi di sensori di ispezione che supportano un'ampia gamma di applicazioni in molti settori:

  • I sensori di luminosità ispezionano le aree illuminate e scure
  • I sensori di contrasto controllano le caratteristiche che contengono aree illuminate e scure, come codici di date, filettature e codici a barre
  • I sensori dei modelli sono programmati per memorizzare l'aspetto di una caratteristica e segnalarla quando viene rilevata.

Per rilevare gli anelli invertiti in quest'applicazione, Champion ha impostato il Checker 202 dapprima memorizzando nel sensore di rilevamento dei componenti un'immagine dell'anello. Quindi ha posizionato il sensore dei modelli nella posizione esatta per controllare la presenza o l'assenza del cordone di saldatura.

Il sensore dei modelli cerca il modello del cordone di saldatura sull'anello e lo segnala non appena è rilevato. Il sensore dei modelli rimane in una posizione fissa rispetto al sensore di rilevamento componenti, in modo da essere sempre nella posizione giusta per individuare la forma del cordone di saldatura.

Se il cordone di saldatura non è presente, il sensore di visione invia un segnale attraverso un accoppiatore ottico a un solenoide pneumatico, che rimuove dalla linea l'anello invertito e lo rimette in circolo nella vasca dell'alimentatore.

Trattandosi di una soluzione economica e semplice che ha richiesto meno di un'ora tra impostazione e installazione del primo sensore di visione, Champion ha deciso di estendere l'affidabilità all'intero processo di assemblaggio dei tappi per l'olio, aggiungendo altri due sensori.

Questi sono impiegati nella stazione successiva, dove il tappo viene applicato mediante pressione sopra l'anello. Uno viene montato sul braccio mobile di prelevamento. L'altro è fisso sopra il trasportatore in linea che alimenta i tappi per il processo.

Altri due sensori di visione
Champion ha impostato il sensore di visione sul braccio mobile analogamente a quello preposto per cercare gli anelli invertiti all'uscita della vasca dell'alimentatore, prima utilizzando il sensore di rilevamento componenti per cercare l'anello nell'immagine, poi un sensore dei modelli per verificare l'assenza o la presenza del cordone di saldatura. In questo modo il sensore di visione può verificare il corretto caricamento dell'anello prima di premervi il tappo.

Il sensore di visione finale viene montato sopra il trasportatore in linea che alimenta i tappi, a monte del braccio di prelevamento che li spinge sugli anelli nel quadrante di assemblaggio.

Questo sensore di visione controlla l'orientamento del tappo. Anche questo è stato impostato in modo pressappoco identico, dapprima memorizzando nel sensore di rilevamento componenti un raggio dell'angolo del tappo, quindi memorizzando nei due sensori dei modelli il manico dell'oliatore e la grafica di una goccia d'olio.

Impartendo queste istruzioni a due modelli, il sensore di visione è in grado di stabilire l'orientamento del tappo. Se questo non presenta l'orientamento appropriato, il sensore di visione segnala al controller del braccio di prelevamento di ruotare il tappo di 180° prima di posizionarlo sul quadrante di assemblaggio.

“I sensori di visione Checker ci hanno permesso di azzerare completamente i difetti nella produzione” nota Harsha, “e, al contempo, di ridurre gli scarti. Sono la soluzione perfetta per molte delle nostre applicazioni di ispezione e controllo errori.”

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