I robot vengono introdotti nel controllo qualità – Come unire metrologia e robotica?

L’ottimizzazione dei processi di manifattura è divenuta una priorità per la stragrande maggioranza delle aziende automobilistiche e aerospaziali. I componenti progettati, sviluppati e prodotti diventano sempre più complessi e richiedono ispezioni avanzate e complete, con misurazioni precise e affidabili.

Poiché i piani non sono più semplici e gli angoli non sono più solo retti, si devono controllare più punti e si richiedono più dati per l’ispezione. Questa mole di dati si ottiene misurando molti particolari, e tutte queste acquisizioni si ottengono eseguendo svariati controlli e manipolazioni. Quando queste operazioni ripetitive – essenziali per il controllo qualità di questi gruppi complessi e forme libere – vengono eseguite da risorse umane, non si ottiene alcun valore aggiunto dal proprio personale. Con gli ultimi sviluppi tecnologici, i robot hanno acquisito la capacità per eseguire queste operazioni ripetitive di misurazione e acquisizione dati. In tal modo, le risorse umane possono essere riassegnate ad altri compiti che richiedono un contributo di competenze e conoscenze.

I robot esistono per sostituire le operazioni, non le persone.

Manufacturing companies can increase productivity with robots

Nell’attuale contesto di carenza di personale e orari di lavoro limitati, i robot offrono una soluzione valida poiché si possono usare per effettuare certe operazioni ripetitive, liberando risorse umane per lavori a valore aggiunto. Questa soluzione si è dimostrata efficace sulle linee di assemblaggio, e si può adottare nello stesso modo per il controllo qualità, portando ad un aumento della produttività.

Robot per chi è a digiuno di robotica

Come fa un’azienda ad integrare la robotica nei controlli di qualità se non possiede conoscenze di robotica? Come fa uno specialista di metrologia, che ha sempre gestito un gruppo di responsabili della qualità, ad integrare dei robot nel processo di controllo senza compromettere la qualità delle ispezioni? La mancanza di conoscenze è di per sé un ostacolo alla modifica della procedura? Qual è il punto di partenza? Come si può ottimizzare il processo di ispezione sapendo che la geometria dei componenti è più complessa che mai?

Per molti esperti di controllo qualità, robotica fa rima con sconosciuto. Sono percorsi che preferiamo evitare, per rimanere dove ci sentiamo a nostro agio e sappiamo già tutto. In fin dei conti, il laboratorio di metrologia è un ambiente controllato dove le ispezioni si possono eseguire senza difficoltà. Inoltre, il CMM è lo strumento di metrologia più accurato, adatto per misurare componenti con tolleranze ridottissime. Pensare che il CMM e il laboratorio di metrologia eseguano i controlli di qualità direttamente sulla linea di produzione con robot può sembrare una fantasia. Quindi, il primo passo per riuscirci è rivedere la nostra definizione di incertezza.

Accuratezza nel contesto della manifattura

Controllo di qualità significa sempre accuratezza. In una situazione ideale, ogni dimensione di ogni componente verrebbe misurata con un’accuratezza nell’ordine di pochi micron.

Purtroppo, questa strategia avrebbe un enorme impatto sulla produttività. La pressione per produrre, spedire, e fatturare i componenti più rapidamente possibile è forte. In questo contesto, sono giustificate delle tolleranze così strette per ogni entità?

I vari processi che partecipano alla manifattura dei componenti generano fenomeni complessi e difficili da prevedere. Quando si stampa con una matrice si verificano reazioni, un componente in materiale composito creato con uno stampo si restringe e deformazioni termiche hanno luogo quando si saldano tra di loro due elementi. Questi fenomeni rappresentano problematiche che non si possono ignorare. Di conseguenza, la produzione di componenti con una precisione di qualche decina di micron diviene di fatto impossibile.

Con questi fenomeni durante processo di produzione, le tolleranze saranno più nell’ordine di 500-750μm, ovvero 1-1,5 mm nei profili superficiali. Pertanto, fare uso di strumenti di misurazione con precisione nell’ordine di pochi micron è una reale necessità? Il bisogno di tolleranze ridotte su ogni entità può diventare meno vincolante per aumentare la produttività?

Considerando che i metrologi non sono esperti di robotica, il secondo passo per l’integrazione dei robot nel processo di ispezione, è scegliere soluzioni chiavi in mano.

Soluzioni di ispezione automatizzata-“chiavi in mano”

La migliore opzione per chi desidera usare robot per aumentare la produttività pur non essendo esperto di robotica, è scegliere una soluzione di controllo qualità automatizzata pronta all’uso. Questo tipo di soluzione già pronta, offre un gran numero di vantaggi, come accessibilità, versatilità e semplicità.

Creaform CUBE-R is an accurate turnkey 3D scanning CMM

Accessibilità

L’introduzione di celle robotiche in produzione di solito comporta tre fasi: progettazione, installazione e messa in opera. Le soluzioni “chiavi in mano” consentono ai metrologi di saltare le prime due fasi, poiché la cella è già stata sviluppata ed è pronta per l’installazione. In questo modo, possono iniziare a usare la soluzione di ispezione più facilmente e rapidamente. Oltre a risparmiare tempo, si risparmia anche denaro, perché l’azienda non deve pagare per le fasi di progettazione e integrazione.

Inoltre, le soluzioni di controllo qualità automatizzata pronte all’uso sono modellate sui bisogni di chi non è esperto. Pertanto, sono facilmente e rapidamente utilizzabili. Sono anche ottimizzate per operazioni ripetitive per aumentare la produttività dei processi di manifattura, pur offrendo la massima accuratezza in un contesto industriale. Il CUBE-R di Creaform è un eccellente esempio per questo tipo di soluzione.

CUBE-R 

Il CUBE-R di Creaform è un CMM per scansione 3D ad alta precisione “chiavi in mano”. Questa soluzione è composta da un MetraSCAN 3D-R, un potente scanner ottico 3D montato su robot, e un involucro pronto per essere integrato nel processo di manifattura, direttamente sulla linea di produzione. L’interfaccia è facile da usare, sfruttando al massimo le ispezioni automatiche e minimizzando gli interventi dell’operatore. La struttura è robusta, idonea per ambienti industriali, e ottimizzata per ispezioni in ambienti di produzione.

Se si compara una macchina come il CUBE-R, composta da robot e scanner, con una macchina tradizionale composta da un CMM e un tastatore, è chiaro che la prima – rispetto alla seconda – consente di aumentare la produttività senza perdere precisione dimensionale e volumetrica. I responsabili del controllo qualità che non sono esperti di robotica, possono usare una soluzione “chiavi in mano” per ottimizzare quelle operazioni ripetitive per cui l’intervento umano non offre valore aggiunto. In tal modo, sarà possibile riassegnare le risorse umane ad operazioni più importanti.

Versatilità

I requisiti di produttività delle aziende manifatturiere differiscono in ogni settore. Nel settore aerospaziale, il volume dei componenti è ridotto, mentre il loro assortimento è ampio e con forti variazioni. Nel settore automobilistico si ha l’opposto, il volume dei componenti è alto, mentre assortimento e variazioni sono ridotte. Quindi, la soluzione di controllo qualità dev’essere versatile perché i componenti da ispezionare cambiano molto. Inoltre, la soluzione di scansione dev’essere abbastanza versatile da digitalizzare ogni tipo di finitura, a prescindere dalla complessità, e senza preparazione.

Semplicità

Tuttavia, i requisiti di versatilità richiedono anche semplicità di programmazione. Una piattaforma software 3D come VXelements^TM combina tutti questi strumenti essenziali necessari per l’acquisizione dati in un’interfaccia elegante, semplice, e facile da usare. Questa parte integrante della soluzione pronta all’uso, riunisce capacità di visualizzazione in tempo reale con indicatori di prestazioni istantanei e un’esperienza di scansione 3D semplice ma efficace. Quindi, il pacchetto software 3D abbinato alla caratteristica “chiavi in mano” della soluzione automatizzata, facilita ulteriormente l’uso del sistema di controllo qualità.

Aumento di produttività

Con soluzioni di controllo qualità automatizzate pronte all’uso come CUBE-R, le aziende manifatturiere possono produrre di più.

L’aumento di produttività consente di:

• Misurare più componenti ogni ora a parità di numero di dimensioni.
• Misurare solo le dimensioni critiche su un gran numero di componenti, aumentando il numero di componenti ispezionati ogni ora.
• Misurare lo stesso numero di componenti, ma ottenere più informazioni su ciascuno di tali componenti per costruire uno storico che consenta una migliore tracciabilità. Così, in caso di difetti, l’origine del problema può essere individuata rapidamente.
• Misurare più componenti e più dimensioni ogni ora.

CUBE-R solution digitizes any type of finish

In breve, una soluzione di ispezione automatizzata pronta all’uso che come il CUBE-R offre quanto c’è di meglio: produttività e precisione. Soprattutto, il CUBE-R è uno strumento di misurazione accessibile, versatile, e semplice che offre accesso alla robotica a chi si occupa di controllo qualità. Incorporando la robotica nel controllo qualità, si ottengono grossi vantaggi. L’aumento di produttività è chiaramente il più importante, consentendo l’ispezione di più componenti e dimensioni con tempi minori. In aggiunta, libera risorse umane per l’analisi dei dati ottenuti, al fine di prendere azioni preventive.

Elaborazione dati per azioni correttive e preventive

Le soluzioni di controllo qualità automatizzato rendono la metrologia accessibile, permettendo a chi oggi esegue queste operazioni ripetitive di concentrarsi su compiti che offrono più valore aggiunto. Tra i compiti più importanti per migliorare la qualità dei componenti c’è l’analisi dei dati raccolti per implementare azioni correttive e preventive, ottimizzando la produzione ed evitando errori costosi.

È chiaro che la raccolta di grandi quantità di dati non è giustificata se questi non vengono poi elaborati e sfruttati per introdurre procedure correttive o, meglio ancora, preventive. Tutti i dati devono servire per orientare la produzione. Devono essere usati per far scattare allarmi se si verificano errori nel processo di produzione. Devono far comparire degli allarmi quando, o meglio ancora prima, che si verifichino problemi nel processo manifatturiero.

È ovvio che introdurre azioni correttive e preventive rappresenta una grossa sfida, ma questa è la direzione in cui si muovono la manifattura intelligente e l’industria 4.0. Per poterlo fare, è necessaria un’innovazione del software. Questa visione richiede una piattaforma software facile da usare, in grado di analizzare gli allarmi e inviare avvisi immediati al reparto di rilievo. Ad esempio, dopo aver elaborato i dati, un robot di ispezione che rileva un problema di saldatura può inviare un comando al robot saldatore perché corregga l’errore, garantendo che non venga ripetuto.

L’obiettivo finale ovviamente è ispezionare il 100% delle dimensioni sul 100% dei componenti e arrivare a produrre pezzi perfetti, privi di difetti. Per farlo, il controllo qualità va integrato direttamente sulla linea di produzione.

Metrologia in linea e manifattura efficiente

La robotica è già presente sulla linea di produzione. Tuttavia, la metrologia sta ancora cercando di raggiungere gli ambienti di produzione. Pertanto, uno dei principali sviluppi futuri del controllo qualità nella manifattura, avverrà con la metrologia in linea.

Poiché è inevitabile che il controllo di qualità venga introdotto in ambienti industriali dove sono comuni vibrazioni, polvere, e fluttuazioni di temperatura e umidità, si richiedono strumenti di misurazione destinati all’uso sulla linea di produzione. A tal fine, i produttori di strumenti di ispezione devono fornire soluzioni di controllo qualità appropriate a persone non specializzate in metrologia. Allo stesso tempo, è anche necessario rendere i robot accessibili ai metrologi (ovvero, non-esperti di robotica) con soluzioni pronte all’uso che non richiedano un manuale d’uso dettagliato o lunghi corsi di formazione. Di conseguenza, chi non è esperto in robotica vedrà i robot come collaboratori non solo essenziali al controllo qualità, ma anche funzionali a un modello di produzione efficiente, in cui l’intero processo di produzione è ottimizzato per minimizzare le perdite.

Inoltre, il controllo qualità non può ignorare l’importanza dell’accuratezza, anche se i controlli avvengono sulla linea di produzione. È chiaro che anche se gli strumenti di metrologia sono esposti a condizioni ambientali industriali e aggressive, o vengono spostati da un luogo all’altro, devono mantenere lo stesso livello di accuratezza di misurazione e tolleranze di quelli in uso nei laboratori di metrologia.

Conclusione

L’alleanza tra metrologia e robotica è destinata ad aumentare. La robotica può far crescere la produttività riassegnando risorse umane a compiti a valore aggiunto e aumentando il numero di componenti e/o dimensioni misurate, con l’obiettivo finale di controllare tutte le dimensioni sul 100% dei componenti.

Le soluzioni di controllo qualità automatizzato renderanno la metrologia in linea ancora più accessibile, versatile, e facile da usare senza mai ignorare l’importanza della accuratezza in condizioni industriali e ambienti di produzione. Questo sviluppo verrà supportato da un’architettura software che fornisca risultati chiari e rapidi in un formato che supporti azioni preventive e correttive.

Questa innovazione richiede sia hardware che software, per collegare la manifattura efficiente e la metrologia in linea con una piattaforma in cui è impossibile fare un uso improprio di uno strumento di metrologia montato su un robot sulla linea di produzione. In questa situazione, persino chi è a digiuno di metrologia non potrebbe eseguire scansioni errate, ottenere misurazioni imprecise, o approvare componenti difettosi.