Siamo rimasti molto soddisfatti della collaborazione avuta finora. Anche in questo progetto, mk è riuscita ancora una volta a soddisfare al meglio le nostre esigenze.
Sistema di ispezione ottico nella ricerca
Un software intelligente impara autonomamente a riconoscere, distinguere e valutare gli errori ottici. L'impianto descritto ispeziona in continuo piccoli componenti verniciati. In questo modo automatizza il processo di controllo qualità nella produzione dei componenti di piccole dimensioni. Il fatto che il software sia in grado di rilevare gli errori è merito dell'hardware adeguato. L'impianto è stato realizzato dall'Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura (IWU) di Chemnitz. La struttura portante per apparecchiature, luci, computer e la tecnologia dei nastri trasportatori dell'impianto è fornita da un unico fornitore: mk.
Grandi volumi con la massima qualità possibile: i componenti, in particolare quelli destinati al settore automobilistico, devono soddisfare elevati requisiti di produzione. Un livello di automazione sempre maggiore, unito all'uso di macchine intelligenti, offre in questo contesto l'opportunità di portare a termine con successo tali compiti.
Macchine intelligenti: sembra una cosa così semplice, ed è un termine usato spesso e in molti contesti. Ma cosa si intende per macchine intelligenti? Una macchina può conoscere solo ciò che i programmatori le hanno insegnato – quindi non è poi così intelligente? E invece sì, le macchine sono in grado di apprendere in modo autonomo, riconoscere schemi e analizzare dati di vario tipo.
L'Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura (IWU) di Chemnitz ha ora sviluppato un impianto che verifica la presenza di difetti estetici nei piccoli componenti verniciati di nero destinati al settore automobilistico. E il tutto avviene in modo completamente automatico. Non solo il software identifica modelli di errore noti. No, il software impara a riconoscere, distinguere e valutare gli errori in modo autonomo.
«Per lo sviluppo di questo impianto abbiamo utilizzato il nostro ambiente di sviluppo Xeidana®», afferma Alexander Pierer, ricercatore nel settore dell’automazione e del monitoraggio. Alexander Pierer è responsabile della ricerca e dello sviluppo nel campo dell'automazione e del monitoraggio delle tecnologie di produzione. In questo progetto ha assunto la direzione e ha contribuito allo sviluppo del software.
«Il software che abbiamo implementato qui è in grado, ad esempio, di combinare i dati provenienti da sistemi di sensori diversi o ridondanti.» Questa fusione di sensori offre la possibilità di ampliare la gamma dei difetti rilevabili e di aumentare l'affidabilità della valutazione che ne deriva.
Grazie a procedure di individuazione delle strutture, il software è in grado di individuare relazioni complesse nei set di dati e di identificare modelli ricorrenti. «Ed è così che la macchina impara», afferma Alexander Pierer. In questo modo, i componenti possono essere classificati come “a posto” o “non a posto” anche sulla base di criteri “soggettivi”, simili alla percezione umana.
19 supporti apparecchiatura, ciascuno con una frequenza di 35 fotogrammi al secondo in risoluzione Full HD, controllano fino a 250 piccoli componenti in linea per individuare eventuali difetti visibili. A una velocità di 18 metri al minuto, il pallet con i piccoli componenti da controllare viene trasportato dal sistema al di sotto dei supporti apparecchiatura. Le apparecchiature scattano 300 immagini in tre o quattro secondi, che vengono poi analizzate entro un tempo di ciclo di 30 secondi. «Per l'elaborazione dei dati, ci affidiamo a un sistema detto di elaborazione massivamente parallela, che coinvolge 14 core di calcolo e il processore grafico. In questo modo potremmo facilmente potenziare l'impianto raddoppiando il numero di supporti apparecchiatura o integrando ulteriori tipi di sensori, per poter verificare in futuro, ad esempio, altre caratteristiche quali la tonalità del colore o lo spessore della vernice. "Nel progetto dell'impianto sono state previste adeguate riserve per quanto riguarda gli spazi di installazione meccanici e le interfacce software", spiega Alexander Pierer. Le apparecchiature rilevano, tramite deflettometria, irregolarità nell'ordine dei µm. Graffi e inclusioni vengono rilevati con una precisione dell'ordine dei decimi di millimetro.
Potenti lampade a LED illuminano i prodotti da tre lati. Per evitare sfocature dovute al movimento e l'influenza di luci estranee sulle immagini, i prodotti devono essere esposti per un tempo molto breve e con un'elevata intensità: I flash della durata di circa 10 µs consentono alle apparecchiature di scattare immagini estremamente precise.
In progetti di questo tipo, software e hardware devono interagire in modo impeccabile. «Per l’impianto ci servivano ancora la tecnologia dei nastri trasportatori, la struttura di copertura completa, i supporti per le telecamere, gli alloggiamenti per i computer e una postazione di lavoro», afferma Alexander Pierer. In occasione di progetti precedenti, Pierer aveva avuto esperienze positive con mk in qualità di specialista nel settore dei profili e della tecnologia di trasporto. «Siamo stati molto soddisfatti della collaborazione avuta finora. «Anche in questo progetto, mk è riuscita ancora una volta a soddisfare al meglio le nostre esigenze.»
In questo progetto era fondamentale poter disporre di opzioni di regolazione molto flessibili per gli supporti apparecchiatura. Per garantire un controllo completo dei componenti, era necessario che i supporti apparecchiatura potessero essere regolati liberamente su tre alberi con una precisione di 1/10 mm. In questo caso, i progettisti di mk, in collaborazione con il personale di IWU, hanno individuato una soluzione efficiente e flessibile che soddisfa perfettamente i requisiti.
Gabriel Jaramillo, progettista responsabile presso mk, è riuscito a fornire le idee giuste: «Abbiamo ricevuto dal cliente uno schizzo di progetto che indica l'angolo con cui devono essere posizionate le apparecchiature e come potrebbe apparire il tutto. «E poi l'abbiamo progettato nei minimi dettagli.» Questo modello concettuale è stato realizzato da Dirk Hoffmann, progettista del Fraunhofer IWU: «La collaborazione con i progettisti di mk è stata eccellente», afferma Dirk Hoffmann. «Hanno saputo dare vita al nostro progetto preliminare con grande competenza.»
Anche le richieste particolari non hanno rappresentato alcun problema. Ad esempio, i materiali utilizzati dovevano essere privi di sostanze che ostacolano la bagnabilità della vernice (LABS) e, inoltre, dovevano essere antistatici. Il progetto comprendeva anche involucri per computer, supporti per monitor e tastiera e, come componente centrale dell'impianto, un trasportatore a cinghia dentata ZRF-P 2010, sul quale il pallet viene trasportato lungo l'intero impianto. Il motore è montato direttamente sull'albero di trasmissione. Ciò consente di ridurre l'ingombro e gli interventi di manutenzione. La posizione del motore può essere scelta liberamente su tutta la lunghezza del trasportatore, il che ne facilita l'integrazione. Un giunto articolato montato sul motore del trasportatore comunica al software, con una precisione dell'ordine dei centesimi di millimetro, la posizione esatta del pallet sul trasportatore.
L'intera area della telecamera doveva essere dotata di una copertura opaca. «Non avevamo bisogno di una vera e propria camera oscura, poiché grazie alla forte esposizione di breve durata è possibile compensare in larga misura l’influenza della luce esterna», spiega Dirk Hoffmann. «Ciononostante, l’involucro doveva essere realizzato in modo da non lasciar passare la luce, soprattutto per garantire la protezione dagli abbagliamenti per gli operatori e per preservare l’estetica.» Inoltre, l'impianto dovrebbe poter essere aperto in modo semplice e rapido per consentire gli interventi di manutenzione.
L'impianto mk è riuscito a soddisfare tutti questi requisiti. Ciò è reso possibile dall'ampio sistema modulare mk, composto da tecnologia dei profili e tecnologia dei nastri trasportatori, che consente di realizzare con facilità anche soluzioni di sistema.
«Per noi questo compito non ha rappresentato un grosso ostacolo», afferma Gabriel Jaramillo. Ha potuto attingere in gran parte dal repertorio standard di mk oppure adattarlo di conseguenza. L'utilizzo di componenti standard ha a sua volta un effetto positivo sul prezzo. «Il rapporto qualità-prezzo ci ha convinti», afferma Alexander Pierer. Alla fine ha ottenuto proprio quello di cui aveva bisogno. «Da noi l'impianto funziona alla perfezione, con nostra piena soddisfazione.» L'integrazione definitiva dell'intero impianto presso il cliente finale deve ancora essere completata. L'impianto verrà integrato tra le fasi di produzione/verniciatura e la selezione dei componenti in NiO. Grazie alle scanalature di sistema del sistema di profili mk, non si prevedono particolari difficoltà nell'integrazione dell'hardware.
Per il cliente finale, l'impianto garantisce un controllo completo al 100% di tutti i componenti. Finora il controllo veniva effettuato visivamente dal personale. Grazie al controllo automatizzato, la garanzia della qualità dovrebbe diventare ancora più accurata e veloce. Il personale sarà così libero di dedicarsi ad altre mansioni che non possono essere svolte dalle macchine. Infatti, nonostante tutta l’intelligenza artificiale, alcune capacità umane saranno difficili, se non impossibili, da apprendere per le macchine.
Il Fraunhofer IWU è in grado di sviluppare al meglio autonomamente il software e i componenti hardware specifici per determinate attività. La tecnologia dei nastri trasportatori e il montaggio meccanico degli impianti non rientrano tuttavia nell'attività principale dell'IWU. Alexander Pierer è convinto che la collaborazione con mk proseguirà: «Saremo lieti di rivolgerci nuovamente a mk anche per progetti futuri. «Per creare tutto ciò che ruota attorno al nostro software, cosa altrettanto importante.»
L'Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura (IWU) è un motore di innovazione nel campo della ricerca e dello sviluppo in materia di tecniche di produzione. Il Fraunhofer IWU individua le potenzialità, sviluppa soluzioni, perfeziona le tecniche e promuove l'innovazione nel campo della ricerca scientifica e della ricerca su commissione. In primo piano: Componenti e procedure, tecnologie e processi, sistemi meccanici complessi: l’intera fabbrica.