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A atualização da linha de montagem impulsiona a lucratividade

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Sensores In-Sight® da Cognex verificando a qualidade de soldas a laser na Renault, em Sandouville

Cognex Corporation (NASDAQ: CGNX), o fornecedor líder mundial de sistemas e sensores de visão e leitores de código de barras, apresenta uma aplicação de visão industrial na indústria automotiva. Operando na fábrica da Renault em Sandouville, essa aplicação envolve a verificação a laser de imperfeições em solda que algumas vezes causam o sucateamento de um veículo montado. Esse é um exemplo do que pode ser obtido com o uso da visão industrial na execução de verificações de qualidade antes de se adicionar valor às peças em uma linha de produção.

A fábrica da Renault LHA está localizada na região da Haute Normandie, na cidade de Sandouville, mais precisamente no porto e distrito industrial de Le Havre (no departamento Seine-Maritime). A importante fábrica de montagem de carroceria é especializada na fabricação de veículos de primeiríssima qualidade: a linha de automóveis Laguna, o Vel Satis e o Espace IV. Como a principal fábrica de produção desses veículos, ela ocupa uma área total de 152 hectares, do quais 60 hectares de área construída e emprega cerca de 6.000 pessoas.

As instalações incluem quatro departamentos de fabricação: prensagem, laminação de metal, pintura e montagem, além de oito departamentos e seções que executam funções de suporte. A capacidade produtiva é de 1.900 veículos por dia. A fábrica de Sandouville foi a primeira fábrica de montagem de carrocerias do grupo Renault a receber certificação ISO 14001*, em dezembro de 1998.

A aplicação de visão aqui apresentada foi configurada na oficina de prensagem. Essa oficina produz peças de metal que compõem a carroceria dos veículos. Ela compreende principalmente linhas de corte, pontos de montagem e de solda de chapas, bem como prensagem de chapas usadas em vários componentes da carroceria. A oficina de prensagem supre a oficina de chapas, a qual executa a montagem de várias peças da carroceria. Essas peças, então, são passadas para a oficina de pintura antes da montagem final.

O sistema de visão instalado é projetado para verificação dos lados direito e esquerdo da carroceria dos carros Laguna. Portanto, a mesma instalação é capaz de verificar quatro peças diferentes.   
     
Cada lado da carroceria é composto de duas peças montadas por soldagem a laser. É na região da solda que os defeitos podem aparecer e precisam ser detectados. Enquanto as diversas operações de prensagem (que dão forma à peça) estão sendo executadas, poderão ocorrer rupturas totais ou parciais. Como as peças são armazenadas manualmente no final da linha, as peças que apresentam essas falhas são fáceis de identificar e remover.

Não é tão fácil identificar quando as falhas são pequenos furos, alguns dos quais podem medir menos de 3/10 de milímetro, formados ao longo do ponto de solda. Se a presença desses furos não for detectada no final da linha e a peça não for removida, poderão ocorrer rupturas durante a modelagem, causando vários problemas que poderão provocar graves efeitos na produtividade da linha de montagem. Algumas vezes, furos minúsculos são suficientes para dar à lataria uma aparência desagradável após a pintura.
                                        
Se esses defeitos não forem detectados antes do veículo ser montado, as consequências podem ser financeiramente muito dispendiosas e muito difíceis de serem reparadas, algumas vezes não resta outra escolha senão enviar o chassi para a sucata.     

Anteriormente, a verificação da solda era feita por diversos operadores que tinham dificuldade de manipular peças de tamanho e peso consideráveis: os lados da carroceria medem aproximadamente 3,4 m de comprimento, 1,6 m de largura e pesam cerca de 30 kg. Para executar a operação, eles colocavam uma fonte de luz de uma lado da peça e verificavam se a luz passava para o outro lado, sinalizando rupturas ou furos na peça. Essa forma de controle, mesmo quando feita da maneira ideal, não consegue evidenciar furos de diâmetro muito pequeno.

Várias peças defeituosas passavam por esses testes, de modo que uma solução capaz de acabar com esse tipo de situação tinha que ser encontrada, durante uma verificação contínua e confiável das partes inferiores da carroceria.

Patrice Dumont é Gerente de sistemas automatizados na Renault de Sandouville. Ele faz parte da seção de prensagem do departamento descentralizado de engenharia veicular (DIVD, the decentralised vehicle engineering department), ligado ao centro tecnológico da Renault em Saint Quentin en Yvelines.     

Algum tempo atrás, Patrice Dumont teve a oportunidade de assistir a um seminário conduzido pela empresa de visão mecânica: Cognex. Ele percebeu que os sistemas de visão amplamente usados na indústria eram a melhor alternativa em relação a outros procedimentos de controle e que poderiam ser a solução para o problema. Eles reduzem a dificuldade de determinadas tarefas normalmente executadas por operadores. Não se cansando, como acontece com o olho humano, eles trabalham continuamente garantindo a qualidade e melhorando a produtividade.

Patrice Dumont decidiu avaliar a solução baseada em sistemas de visão industrial e um integrador da fábrica da Renault em Sandouville foi chamado. Havia a necessidade de garantir que esse tipo de verificação pudesse ser adequadamente executado com um sistema de visão e que um protótipo pudesse ser rapidamente produzido para um primeiro teste. Diversos fabricantes de sistemas de visão foram convocados. A Cognex foi a que reagiu mais rapidamente e a série de sistemas de visão In-Sight® foi escolhida para a operação.

Em julho de 2002 o protótipo foi testado. As experiências demonstraram de maneira conclusiva que: os testes executados foram totalmente corretos. Os sistemas de visão In-Sight da Cognex detectaram todas as falhas. Termos e Condições foram elaborados e uma primeira bancada de teste foi encomendada. Foi especificado que o sistema deveria ser capaz de detectar furos com diâmetro de 3/10 de milímetro. Na realidade, o sistema demonstraria que poderia ir mais além.               

A primeira bancada de teste foi colocada em operação em meados de 2003. Uma segunda bancada de teste, com dimensões menores, foi encomendada posteriormente, para verificação de molduras laterais de diversos veículos (Laguna, Vel Satis e Espace) em outra linha. Cada bancada de teste tem quatro sistemas de visão In-Sight da Cognex.

A bancada de teste da lateral da carroceria     

A primeira bancada de teste é uma moldura de metal de aproximadamente 5 m de comprimento por 2 m de largura, pesando 5 toneladas, com uma plataforma de 5 cm de espessura sustentando as estruturas nas quais são colocadas as peças a serem testadas, juntamente com um sistema de luz de fundo com indicadores de LED. A bancada de teste era colocada próximo a uma ponte no final da linha de prensagem, sempre que tinha início a fabricação da parte inferior da carroceria do Laguna.

Quatro câmeras do In-Sight 1000 da Cognex, cada uma delas colocadas dentro de um invólucro de proteção, são posicionadas na parte superior, acima da plataforma, na viga de suporte em cruz. Uma tela de controle é fixada em um dos lados da bancada de teste, em uma caixa na qual o sistema de controle também é instalado. Um sistema de marcação de peças defeituosas é colocado na outra extremidade.

As peças a serem verificadas (laterais de carroceria) medem aproximadamente 3,4 m de comprimento, 1,6 m de largura e pesam cerca de 30 kg. Elas são colocadas nos suportes por um robô disponível na bancada de teste para este propósito. Há duas áreas a serem verificadas. As áreas alvo medem aproximadamente 10 cm de comprimento por 5 cm de largura, com uma cobertura. Duas das câmeras são inclinadas a 45 °, formando um U acima da área soldada.

As câmeras conseguem detectar níveis de luz muito baixos advindos do sistema de iluminação de fundo e passando através de quaisquer furos, alguns dos quais medindo apenas um décimo de milímetro de diâmetro.

Se a peça for considerada de boa qualidade, essa informação será exibida na tela de controle. Se a peça estiver com defeito, essa informação também será exibida na tela, uma luz vermelha aparecerá no final da linha para cada falha e, finalmente, a peça será marcada por jato de tinta, o que impede seu uso.

A velocidade do controle executado na linha foi um fator determinante do projeto: todas as operações, como posicionamento da peça, captura e análise da imagem, detecção e marcação, não poderiam, de maneira alguma, reduzir a taxa de produção. Nessa fase, os sistemas da Cognex demonstraram o seu valor: a taxa de produção especificada no documento de Termos e Condições foi de 900 peças por hora, a taxa atual de produção é de 420 peças por hora para as laterais da carroceria e 850 peças por hora para as molduras laterais.

O sistema é conectado a um PC equipado com um disco rígido para salvar fotos de peças defeituosas detectadas durante o período de um ano. Esse procedimento permite que problemas encontrados sejam analisados posteriormente; ele contribui para a garantia de rastreabilidade de peças e para monitoramento de vários itens (dias, horas, câmeras 1 e 2, etc.).

Simplicidade de operação

O objetivo deste projeto era encontrar um método e um sistema para automação de verificação de soldas. O princípio das verificações baseia-se na iluminação de fundo da área a ser inspecionada. Recorrer a uma câmera para ver se raios de luz passavam através da área soldada era uma coisa lógica. Entretanto, a fim de "industrializar" a solução, ainda havia vários pontos a serem verificados: primeiramente, se as ferramentas para processamento das imagens capturadas eram suficientemente eficientes, isto é, precisas e confiáveis, para reconhecer todos os tipos de falha, inclusive aquelas difíceis de detectar a olho nu e, em segundo lugar, se executavam verificação total sem reduzir a velocidade de produção.

"Tivemos que ensinar ao sistema as falhas que deveriam ser identificadas", declarou Patrice Dumont. "Isso foi feito de forma progressiva, ao mesmo tempo que nos familiarizávamos com o sistema. Após o sistema ter memorizado o tipo de falha, a taxa de reconhecimento foi de 99,99%", ele concluiu.

A principal preocupação que precisava ser superada dizia respeito à iluminação do ambiente. Por causa da iluminação existente na oficina, o layout da área (superfícies de vidro) e a orientação, reflexos que apareciam ocasionalmente nas peças, interrompiam a operação e mostravam falhas inexistentes. A colocação de cortinas no final da linha resolveu esse problema.

As verificações de soldagem agora são executadas de forma confiável em toda a produção (laterais da carroceria e molduras laterais). Com a taxa de reconhecimento de falha obtida, as peças defeituosas são identificadas com muita rapidez e removidas no final da linha de prensagem. "O fim de uma era em que uma carroceria inteira tinha que ser enviada para a sucata", declarou Patrice Dumont. "A economia feita somente nessa etapa justifica totalmente o investimento. O compartilhamento do ponto de controle de visão por quatro peças também contribui para o aumento da lucratividade."

Esse método de verificação de soldas com as ferramentas de visão industrial interessa a outras unidades e provavelmente será implementado para uso geral. Uma patente foi registrada cobrindo o princípio empregado.

Para mais informações sobre soluções de aplicações Cognex :

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