Sistemi di misurazione 3D: una soluzione alternativa ai sistemi visione per l’ispezione in linea nelle fabbriche intelligenti

Falsi negativi e la consegna ai clienti di componenti difettosi sono incidenti da evitare a tutti i costi, per le aziende manifatturiere. Pertanto, occorre rilevare le anomalie prima che diventino difetti gravi, per poter intraprendere misure correttive efficaci. A tale scopo, le aziende hanno a disposizione due tipi di sistemi di ispezione.

Sistemi di visione

Dotati di fotocamere, video e luci, i sistemi di visione 2D e 3D sono comunemente usati per il controllo qualità automatizzato e l’ispezione in linea. Particolarmente adatti all’individuazione di entità e caratteristiche geometriche, come fori e saldature, questi sistemi vengono di solito integrati nelle linee di fabbricazione per misurare le dimensioni delle parti, verificarne il corretto posizionamento e riconoscerne la forma.

Vantaggi

Grazie alla capacità delle fotocamere di acquisire immagini ad alta velocità, i sistemi di ispezione visiva sono estremamente rapidi. In una frazione di secondo, tutte le fotocamere scattano allo stesso momento una foto del componente che poi prosegue lungo la linea di produzione. Mentre il software del computer elabora le immagini, il sistema di visione valuta – con una funzione pass/fail – la qualità delle parti. In questo modo, i sistemi di ispezione visiva consentono alle aziende manifatturiere di ispezionare tutte le loro parti al fine di garantire che i prodotti rispettino le tolleranze e soddisfino i requisiti dei clienti.

Inoltre, grazie alle ottiche ad alte prestazioni, i sistemi di ispezione visiva offrono un’eccellente precisione. Anche l’impostazione dei sensori è relativamente semplice e richiede solo una calibrazione di base.

Svantaggi

Sebbene i sistemi di visione offrano un’eccellente precisione, non sono strumenti affidabili per la convalida di discrepanze dimensionali tra due entità situate in campi visivi diversi. In altri termini, mancano di accuratezza volumetrica. Dal momento che il campo visivo delle fotocamere non offre alcuna accuratezza volumetrica, è impossibile convalidare la distanza tra un foro e un altro su un lato diverso della parte. Di conseguenza, è difficile ispezionare la totalità di dimensioni o caratteristiche che occorre ispezionare.

Inoltre, un sistema di visione richiede l’installazione di diverse fotocamere posizionate su maschere o strutture dedicate e specifiche. Tale assenza di flessibilità è limitante, poiché in caso di modifiche ad alcuni parametri delle parti ispezionate, la posizione delle fotocamere potrebbe non essere più corretta, rendendo così necessarie correzioni lunghe e costose. Il settore automobilistico si sta muovendo verso una produzione a elevata diversità e basso volume: i modelli di automobili cambiano ogni anno e i produttori di questo settore devono, di conseguenza, essere flessibili e adattare le loro linee di produzione. Le installazioni fisse, rigide, permanenti e costose, pensate per produzione a bassa diversità ed elevati volumi, non sono più adeguate a questa nuova realtà.

Pertanto, le aziende manifatturiere hanno iniziato a cercare soluzioni per ovviare alla mancanza di flessibilità dei sistemi di visione. Ad esempio, anziché installare 4, 8, 12 fotocamere fisse su maschere o strutture, è possibile posizionare una fotocamera su un robot che si sposta per acquisire le immagini in 4, 8, 12 posizioni. Il robot funge da strumento di posizionamento esterno che espande il volume di lavoro delle fotocamere e acquisisce diverse immagini nello spazio 3D. In questo modo, ci si affida alla ripetibilità dei robot, che, purtroppo, crea un falso senso di sicurezza.

Infatti, le variazioni di temperatura e le vibrazioni negli ambienti di produzione, oltre all’usura, causano leggeri spostamenti dei robot nel tempo, impedendo loro di tornare sempre nella stessa posizione. L’accuratezza volumetrica si riduce rapidamente nelle misurazioni inferiori a 100 µm. La fallacia di questo schema può spingere i responsabili del controllo qualità a ritenere non corrette le dimensioni e l’assemblaggio delle parti quando, in realtà, è la misurazione a non essere affidabile.

Infine, considerata la natura sommaria delle informazioni fornite dai sistemi di visione, le aziende manifatturiere non sono in grado di prendere quote e tolleranze geometriche (GD&T), quindi il sistema non fornisce profili di superficie o posizionamento dei fori.

Sistemi di misurazione 3D

I sistemi di misurazione 3D vengono spesso utilizzati anche per il controllo qualità automatizzato e l’ispezione in linea nelle fabbriche intelligenti. Il settore automobilistico e quello aerospaziale sfruttano questa alternativa ai sistemi di visione per le ispezioni dimensionali delle parti meccaniche al fine di migliorare la produttività, aumentare i tempi di attività e ridurre le spese.

Svantaggi

Fornendo svariate informazioni più utili per l’analisi di una parte nel suo complesso, i sistemi di misurazione 3D non sono progettati per controllare la presenza di caratteristiche geometriche specifiche, come diametri dei fori, saldature o altri artefatti. L’ispezione di parti definite, come i circuiti stampati (PCB), inoltre si presta di più ai sistemi di ispezione visiva poiché l’intera superficie è racchiusa nel campo visivo della fotocamera.

Vantaggi

Grazie a tracciamento ottico e riferimenti dinamici, i sistemi di misurazione 3D garantiscono un’accuratezza volumetrica ottimale, indispensabile per risolvere i problemi di controllo dimensionale e ispezione dei profili di superficie. Inoltre, la precisione delle misurazioni è indipendente rispetto alle instabilità ambientali, come vibrazioni e variazioni termiche, che si verificano costantemente negli ambienti di produzione.

Grazie alla sinergia fra tecnologie a laser blu e tecnologie ottiche, i sistemi di misurazione 3D garantiscono scansioni ottimali anche di superfici lucide o oggetti con variazioni nella riflessività (senza preparazione delle superfici), nonché la misurazione di parti di diverse dimensioni e geometrie.

Nel contesto dell’Industria 4.0, le aziende manifatturiere non solo vogliono essere avvisate quando si verifica un problema, ma vogliono anche capirne la causa e come risolverlo. Per raggiungere questo obiettivo, occorre velocità e, soprattutto, una comprensione del quadro complessivo. Per questo è importante utilizzare strumenti con un’elevata accuratezza volumetrica e un’eccellente versatilità per misurare qualsiasi tipo di superficie.

Grazie alla semplicità d’uso e alla programmazione offline, i sistemi di misurazione 3D sono accessibili a tutti gli operatori, indipendentemente dal livello di conoscenza o esperienza nel campo della robotica e della scansione 3D. Il nuovo software con ambiente digital twin consente agli utenti, con qualsiasi livello di competenza, di programmare in modo semplice e rapido i percorsi del robot e ottimizzare il campo visivo del sistema robotico, risolvendo così i problemi di programmazione.

Sistemi di misurazione 3D: la soluzione ideale per le fabbriche intelligenti

Oggi, le aziende manifatturiere devono dedicarsi alla risoluzione di problemi complessi e critici che avranno un impatto sulla produttività. Per fare questo è necessario essere certi che tutte le parti delle componenti siano conformi, che i profili superficiali siano corretti e garantiscano un allineamento e distanziamento ottimale nell’assemblaggio, che la matrice non debba essere sostituita a causa dell’usura e così via. La sola analisi locale non consente di eseguire tutti questi controlli. Le criticità relative al controllo dimensionale, dove la natura dei problemi è più complessa dell’ispezione del diametro di un foro, possono essere risolte solo mediante controlli volumetrici e mappe di colore delle diverse superfici. In questo senso, i sistemi di misurazione 3D sono in grado di semplificare notevolmente le operazioni delle aziende manifatturiere.

I vantaggi elencati fin qui rendono le soluzioni di misurazione 3D strumenti molto efficaci, in grado di ridurre le complessità della gestazione di un nuovo prodotto, che rappresenta un momento critico in cui occorrono diversi controlli dimensionali e ispezioni da calibrare in tempi molto brevi. In questo modo, le aziende manifatturiere potranno ottenere risparmi in termini di tempo e denaro.