Applicazioni / Ispezione 3D

DI TERRY ARDEN

Sensori 3D intelligenti per l’assemblaggio delle auto

Nell’industria automobilistica, la fase di assemblaggio in una linea di produzione a modelli misti può essere automatizzata completamente grazie all’utilizzo dei robot per svariate attività: dal montaggio del parabrezza e delle portiere alla saldatura; dall’applicazione di cordoni di colla all’ispezione dei punti discontinui e delle superfici piane (gap & flush). I sensori 3D intelligenti come Gocator di LMI Technologies –
marchio distribuito in Italia da iMAGE S – forniscono ai robot un “pacchetto completo” di scansione 3D, misura e comunicazione di decisioni di controllo.

L’introduzione di sensori 3D intelligenti guidati da robot nel contesto della fabbrica intelligente sta favorendo lo sviluppo di sistemi di produzione automatizzata per modelli misti in un ampio ventaglio di settori industriali. I sistemi robotizzati vengono ormai impiegati in numerose attività di assemblaggio e ispezione, realizzando impianti snelli, efficienti e automatizzati in grado di gestire più tipologie e modelli di prodotti su un’unica linea. I sensori 3D intelligenti forniscono a questi sistemi capacità di guida robot e misura flessibile per processi di assemblaggio e ispezione in linea.
Le fabbriche di automobili tradizionali erano caratterizzate da linee di produzione in serie per singoli modelli. Questa configurazione era costituita da una serie di postazioni di lavoro disposte in maniera lineare, ciascuna servita da un dispositivo di movimentazione dei materiali. In questa struttura ogni stazione svolge un compito fisso nell’ambito della produzione di un singolo tipo o modello di prodotto. Per fabbricare un tipo o modello differente, l’intera linea deve essere modificata secondo uno schema fisso.
Le linee per la produzione di singoli modelli richiedono spesso interventi di ribilanciamento delle varie stazioni e riassegnazione dei compiti, con conseguenti interferenze e interruzioni lungo la linea. Soprattutto, essendo composte da postazioni fisse, queste linee non sono in grado di adattarsi a variazioni della domanda a monte.

Montaggio del parabrezza con braccio robotizzato guidato da un sistema di visione.

La “catena di montaggio” per la produzione di modelli misti
La produzione di modelli misti aumenta la produttività e la redditività attraverso un uso più efficiente del tempo, degli spazi disponibili e delle risorse. A complemento della produzione in serie di singoli modelli, la produzione di modelli misti consente alla fabbrica di realizzare prodotti in base alle richieste e alle specifiche di ciascun cliente. A differenza delle linee per modelli singoli, la “catena di montaggio” è organizzata in celle di lavoro più piccole e numerose, ciascuna delle quali può lavorare su uno o più modelli con una percentuale elevata di parti in comune. La fabbricazione può essere gestita in toto o in parte in ciascuna di queste celle per aumentare l’efficienza e la resa. Le attrezzature di produzione per ogni modello possono essere abbinate alle rispettive operazioni di assemblaggio in una cella o sottocella, realizzando un coordinamento ancora più stretto e ottenendo miglioramenti in termini di qualità e inventario.
Il risultato è una gestione più fluida e snella degli ordini di produzione, senza necessità di un grande magazzino “tampone” fra la fabbricazione e l’assemblaggio. Questa riduzione del magazzino riguarda i prodotti finiti, poiché la linea di produzione è concepita per sincronizzarsi con la domanda.

Ispezione del logo con il sensore Gocator 3210 montato su braccio robotico.

Sistemi guidati da sensori 3D intelligenti
L’assemblaggio di modelli misti non è una novità. Le case automobilistiche conoscono i vantaggi di questo approccio e lo hanno adottato da oltre un decennio. Tuttavia, la vera novità è la possibilità di automatizzare completamente questo processo grazie all’uso di sistemi robotizzati. Questi sistemi consentono alle case costruttrici di automatizzare completamente o parzialmente un’attività manuale finora soggetta a errori e potenzialmente pericolosa. Oggi i robot vengono utilizzati per qualsiasi attività, dal montaggio automatizzato del parabrezza e delle portiere alla saldatura, dall’applicazione di cordoni di colla all’ispezione dei punti discontinui e delle superfici piane (gap & flush).
I sensori 3D intelligenti offrono funzionalità fondamentali di guida robot e misura. I sistemi robotizzati possono così eseguire un’ampia gamma di compiti in diverse celle di lavoro specializzate, con un grado elevato di precisione e ripetibilità, garantendo che ogni modello di prodotto venga assemblato nel rispetto delle tempistiche e delle specifiche previste.
A seconda dell’applicazione, gli ingegneri possono scegliere fra profilometri laser per la guida e l’ispezione di parti in movimento in un processo in linea, oppure sensori a proiezione di frange (luce strutturata) per l’ispezione di oggetti con movimento start/stop.

I sensori 3D intelligenti all-in-one sono in grado di adattarsi alle variazioni dei requisiti di ispezione in una linea per la produzione di modelli multipli

I vantaggi dell’all-in-one
I sensori intelligenti possono essere montati su robot per prelevare e trasferire pezzi nelle posizioni richieste per l’assemblaggio. Nella maggior parte delle applicazioni, però, il sensore 3D intelligente non si occupa solo di guidare il robot verso la posizione corretta, ma anche di rilevare e ispezionare le caratteristiche del pezzo assemblato finito. Nell’industria automobilistica, i sensori 3D intelligenti vengono impiegati per moltissime applicazioni di ispezione: verifica delle tolleranze dei punti discontinui e delle superfici piane; inserimento dei sedili sui supporti, montaggio delle portiere, posizione dei supporti per il passaggio dei cavi, fori per l’inserimento dei fanali, cofano e tetto, accoppiamento di pannelli e altro ancora.
In queste tipologie di applicazioni di misura e ispezione, i sensori intelligenti all-in-one prendono decisioni in tempo reale in base ai dati acquisiti, elaborando tutte le informazioni a bordo del sensore stesso.
Uno dei vantaggi chiave dei sensori intelligenti come Gocator di LMI Technologies (distribuito in Italia da iMAGE S) è che forniscono al robot un “pacchetto completo” di scansione 3D, misura e comunicazione di decisioni di controllo. Inoltre, sono dotati di supporto incorporato per la comunicazione diretta con le unità di controllo dei robot e offrono semplicità d’uso laddove i tradizionali sensori 3D richiedono ancora unità di controllo esterne (sia per il montaggio sia per l’interfacciamento), cablaggi complicati, codifica aggiuntiva e persino soluzioni PC proprietarie.

Profilatore laser Gocator impegnato nella scansione di componenti automobilistici in un processo in linea.

Adattarsi alle variazioni dei requisiti di ispezione
Su una linea di produzione tradizionale dove viene realizzato un unico modello, è accettabile che i sensori 3D siano soluzioni fisse, cioè senza capacità di adattarsi a variazioni dei compiti. In una linea di produzione per modelli multipli, invece, la soluzione deve essere più agile; questo è un altro ambito nel quale i sensori 3D intelligenti di nuova generazione offrono un vantaggio rispetto alle soluzioni standard.
Gocator può essere “riprogrammato” rapidamente caricando diverse ricette per ciascun modello di prodotto. Ogni “ricetta” contiene configurazioni specifiche per effettuare misure, impostare esposizioni e definire criteri passa/non passa. Gocator può essere usato come soluzione fissa (senza robot) o flessibile (montato su robot).
I sensori 3D intelligenti all-in-one sono in grado di adattarsi alle variazioni dei requisiti di ispezione in una linea per la produzione di modelli multipli, poiché sono collegati alla rete della fabbrica e accessibili direttamente tramite protocolli TCP/IP. Questo significa che possono essere facilmente riconfigurati per diverse attività di misura e aggiornati con nuovo firmware per accedere a nuovi algoritmi di misura.

Strumenti di misura personalizzati
Oltre ai normali aggiornamenti del firmware, i sensori 3D intelligenti all-in-one offrono agli utenti avanzati la possibilità di personalizzare il firmware. Questa funzionalità consente agli ingegneri di sviluppare e integrare strumenti di misura personalizzati a bordo del sensore, in modo che un nuovo processo o componente possa essere sottoposto a ispezioni specifiche per rispettare tolleranze strette.
La chiave è la flessibilità. I sensori intelligenti utilizzati per misurare le caratteristiche del pannello di una portiera possono essere impiegati per l’ispezione dei punti discontinui e delle superfici piane (gap & flush), laddove tale riconversione può essere realizzata senza tempi morti o interruzioni.
I sensori 3D intelligenti montati su robot consentono alle linee per la produzione di modelli multipli di rispondere a cambiamenti dinamici all’interno della rete modificando le attività operative, ma mantenendo nel contempo i massimi standard di sicurezza e qualità del prodotto.