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ビジョンセンサによるオイルキャップアセンブリのエラー防止

cognex camera inspecting miniature precision components

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MPCは、コグネックスのCheckerビジョンセンサによって、組み立て不良の防止および生産性の向上を実現しています

世界の大手自動車企業に部品を提供する会社にエラーは許されません。そのため、Miniature Precision Components Inc. (MPC) ではウィスコンシン州プレーリーデュシアン工場に3台のビジョンセンサを導入して、オイルキャップの自動組み立て工程のエラーを防止しています。

25から550トンものサイズの41台の成型機を装備する約9200平方メートルの工場には、約450人が働いています。MPCの4つの工場では、高品質の噴射成型部品とアセンブリを自動車および産業界に提供し、1年間に約1億6700万米ドルを売り上げています。

MPCでは品質を重視しています。実際、同社は1989年以降フォードの第1推奨サプライヤであり、その他にも、GM、日産、ハーレーダビッドソン、クライスラーなどから多くのサプライヤ賞が贈られています。

オイルキャップの他にも、工場では、熱可塑性プラスチック部品や、PCV弁、サーモスタットハウジング、排出制御システム用の急速継手ポートなどのアセンブリを製造しています。

自動化による品質管理
MPC 製造技術部長であるShane Harshaは、「私たちは自動化により品質を確保していますが、過去7年間においてマシンビジョンは、その自動化戦略の重要な要素でした」と語っています。

代表例は、オイルキャップ組立システムの自動化です。MPCの自動化およびツールエンジニアであるBrian Championは、既存のツールとセンサ技術を、コグネックスのCheckerビジョンセンサを使い強化しました。

このアップグレードがとてもコスト効果も高く、大幅に再現性を向上させたため、不良のないオイルキャップの生産をさらに効率化しました。

「Checkerビジョンセンサは設定がシンプルで設置も容易であるため、従来センサでは信頼性が低く、完全装備のビジョンシステムでは高価すぎて導入できないような検査に、非常にコスト効果の高いソリューションを導入することができます。」とHarshaは語っています。

膨大な数のオイルキャップ製造
MPCのオイルキャップ組立システムは、O-リングを成型された熱可塑性キャップに取り付け、キャップ上部に印字をします。このシステムは、直径約122cmの振動式ボウルフィーダーを2台使用します。1台でO-リングを供給し、もう1台でオイルキャップを供給します。

振動式ボウルフィーダーは、側面にらせん状のスロープの付いた大きなボウルで構成されています。ボウルが振動すると、部品がスロープを移動してインラインコンベアに移動します。ラインコンベアの最後でピック&プレースアームでO-リングを最初のステーションの回転アセンブリダイアルに移動します。

O-リングをダイアル固定部にロードすると、次のステーションに移動します。ここで、別のインラインコンベアには空のキャップが別の振動式ボウルフィーダーより供給され、2つ目のピック&プレースアームで投入したシールの上部にキャップをプレスします。

組み立てられたキャップとシールは回転ダイアルを移動しながら印字され、最終検査ステーションに移動して工程が完了します。

部品の向きの制御
O-リングの締め付けとキャップの向きは、シールが適切に印字され、完成したオイルキャップが予定とおりの機能を発揮するためには非常に重要な要素です。 厳しい品質要件を満たすためには、印字前のキャップが正しい向きである必要があります。

キャップ組み立てシステム用の硬いツールと従来のセンサでは、信頼性が低いため、MPCはChecker 202ビジョンセンサを採用してO-リングとキャップを正しい向きに確実に向けることにしました。

まず、振動式ボウルフィーダーとインラインコンベア間にある反転したO-リングを検出します。次に、ビジョンセンサでキャップに印字される前のO-リングの位置が固定ダイアルに正しく位置決めされていることを確認します。最後に、アセンブリおよび印字される前のキャップの向きを正します。

不良O-リングの取り出し
O-リングの側面にはシーリングビードが付いています。このビードは、シールをアセンブリダイアルに投入するときに下向きに取り付けられなければなりません。そうでない場合は、機械は停止します。機械が停止した場合は、機械を再始動する前にオペレータがシールの位置を直します。

フィーダーボウルのメカニカルツールは、反転O-リングが工程に投入されることを防止するように設計されました。ただし、このツールは信頼性が低かったとChampionは言っています。以前は、O-リングが少しゆがんでいたり、完全に平らでないことがあり、シールが上下逆にロードされて機械を停止させることがありました。
 
「オペレータがシールを直し、機械を再起動していると生産性が上がりません。毎時のキャップ生産性が360個から200個に落ちると、会社に年間で約2万ドルの損失を与えることになります。最大量の生産に近づくと、その費用が年間約12万ドルも増加します」とHarshaは語っています。

ウィスコンシン州ウォルワスに本社を構えるMPCは、Harshaとそのチームにコグネックスの新しいビジョンセンサCheckerを紹介していました。HarshaとChampionは、コグネックスのビジョンセンサが彼らの求めるアプリケーションに最適だと判断しました。

デモが実施された後、Checker 202 ビジョンセンサは、シンプルでもパワフルなラダーロジックをグラフィカルに表示でき、Checkerのそれぞれの検査センサと連結して直接出力できるため、採用することになりました。

「小型、内蔵照明、さまざまなワークディスタンスに対応、ラダーロジック、フリーラン機能などにより、装置の設置がとても簡単です。PLCに配線する必要もなく、トリガセンサにインストールしたり、配線する必要もありません。4ステップで設定できるのは、今まで使用した中で最も簡単なビジョンセンサです。今まで使用してきたビジョンシステムとは違い、Checkerは私でも数分でセットアップすることができました。」とChampionは語っています。

簡単なセットアップとパワフルな機能
Checkerを使うと、内蔵サーチセンサを簡単に選択でき、検査する特徴に検査センサを簡単に配置できます。この装置には、多くの業界で使われるさまざまなアプリケーションに対応可能な3種類の検査センサが搭載されています。

  • 領域の明暗を検知する輝度センサ
  • 日付コード、スレッド、バーコードなど明るい/暗い領域を含む個所をチェックするコントラストセンサ
  • 予め設定した検査模様を検知して合図するパターンセンサ

このアプリケーションで反転O-リングを検出するため、ChampionはChecker 202にまずサーチセンサに設定したO-リングの画像を探すようにセットアップしました。 次に、そのパターンセンサを正しい位置に配置して、シールビードの存在の有無を確認するようにしました。

パターンセンサは、O-リング上のシールビードのパターンを検索し、検出したら信号を出します。パターンセンサはサーチセンサに関連した所定の位置、シールビードの形状が常に検索できる適切な位置に固定されています。

シールビードが見つからないと、ビジョンセンサが出力を光カプラーを経由して空圧式ソレノイドに送信し、反転しているO-リングをラインからフィーダーボウルに吹き飛ばし再循環させます。

簡単でコスト効果の高いソリューションであり、最初のビジョンセンサのセットアップとインストールは1時間もかからずに行うことができたため、Championは、さらに2台をオイルキャップ組み立て工程に追加してエラー防止の実現を図ることを決定しました。

この追加された2台は、キャップを投入したO-リングにプレスする次のステーションに設置されました。1台は移動式ピック&プレースアームに搭載し、 残りの1台は、キャップを工程にフィードするインラインコンベアの上に固定されました。

ビジョンセンサ2台の追加
Championは、ビジョンセンサを移動式アームにフィーダーボウルから出てくる反転O-リングの検査の時と同じ方法でセットアップしました。まず、サーチセンサでO-リングの画像を確認し、次にパターンセンサでシールビードの有無を確認します。 こうすることで、ビジョンセンサは、キャップをプレスする前にO-リングが適切に投入されていることが確認できます。

最後に、キャップを工程に供給するインラインコンベアの上、ピック&プレースアームの上流部でアセンブリダイアルに投入したO-リングにキャップをプレスする位置に、ビジョンセンサを設置しました。

このビジョンセンサはキャップの位置をチェックします。 ただし、これは最初のサーチセンサと同じようにオイルキャップのコーナー角を認識するよう登録されており、残りの2台のパターンセンサでオイル缶のハンドルと油滴画像を認識するように登録されています。

2つのパターンを登録することで、ビジョンセンサがキャップの向きを判断できます。 キャップの向きが正しくない場合は、ビジョンセンサがピック&プレースアームコントローラに信号を送り、キャップをアセンブリダイアルに配置する前に180°回転するよう指示します。

「Checkerビジョンセンサは、製造工程のゼロ不良に大きく貢献してくれました。廃棄も減りました。多くの検査やエラー防止アプリケーションにとって見事なソリューションです」とHarshaは語っています。

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