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Problemi delle CMM e risoluzione attraverso il controllo qualità automatizzato

Nell’ipercompetitivo mercato moderno, le aziende manifatturiere affrontano diversi problemi nelle loro linee di produzione. Molti di questi sono legati al processo di controllo, il cui scopo è garantire la qualità dei prodotti. Le macchine di misurazione a coordinate (CMM) sono una delle soluzioni scelte per queste attività.

Tuttavia, le CMM tradizionali presentano criticità intrinseche: possono causare colli di bottiglia, necessitano di personale altamente qualificato e non sono adatte per la misurazione di parti complesse, per citarne alcune. In ambienti particolarmente dinamici, il più piccolo rallentamento, spese aggiuntive o semplici errori possono erodere le performance finanziarie di un’azienda, con conseguente perdita di contratti e fiducia dei clienti.

 

Individuazione preventiva dei problemi di assemblaggio, riduzione di scarti e tempi di inattività

MetraSCAN montato su robot R-Series che esegue la scansione di una portiera bianca di un'automobile

Nonostante la loro accuratezza, le CMM tradizionali possono essere ragione di ritardi a causa della loro complessità d’uso e lentezza. Il personale in grado di usare queste macchine è raro da trovare, e le misurazioni avvengono al di fuori della linea di produzione: ciò può tradursi in ritardi significativi nell’applicazione di misure correttive, con conseguenti scarti e tempi di inattività.

Le soluzioni di scansione 3D automatizzate sono un approccio diverso al controllo qualità e mirano a risolvere questi problemi specifici.

 

L’automazione consente di aumentare la produttività?

linea di produzione automatizzata di automobili su 2 piani

Negli ultimi anni, abbiamo visto componenti con design e assemblaggi sempre più complessi per rispondere alle esigenze dei mercati. Tuttavia, questa diversificazione richiede processi di controllo qualità più avanzati.

Che cosa causa le inefficienze?

Spesso, le ispezioni di controllo qualità vengono eseguite in una sala isolata dagli ambienti di produzione, dove le variazioni di temperatura e umidità e le vibrazioni sono ridotte. Gli addetti devono prelevare dei campioni dall’ambiente di produzione e portarli nel laboratorio per eseguire le ispezioni con CMM tradizionali. Questo trasferimento di componenti presenta diversi effetti negativi. Innanzitutto, richiede tempi e sforzi considerevoli, spesso con il risultato di creare ingorghi ingestibili nelle varie postazioni di misurazione e ritardi notevoli nel processo decisionale.

Ispezioni nella linea di produzione

Allo scopo di attenuare questi problemi, e parallelamente a una crescente implementazione dell’Industria 4.0, le aziende esigono che le ispezioni di controllo qualità vengano condotte sulla linea di produzione o nelle aree limitrofe, per massimizzare l’efficienza e semplificare la comunicazione lungo tutti i processi di fabbricazione.

Di conseguenza, occorrerà effettuare ispezioni dimensionali all’interno del ciclo di produzione utilizzando soluzioni metrologiche automatizzate near-line o in-line.

Ovviamente, se le ispezioni vengono eseguite sulle linee, la loro velocità deve seguire quella della produzione per non compromettere la produttività. Un arresto nella produzione causato da inefficienze ispettive presenta enormi costi. Pertanto, il ritorno sull’investimento delle soluzioni di controllo qualità automatizzate è molto elevato.

La soluzione: scansione 3D automatizzata

Grazie alle nuove tecnologie e ai progressi scientifici, i produttori possono utilizzare soluzioni di scansione 3D di nuova generazione con velocità di acquisizione dei dati senza precedenti (fino a 1,5 milioni di misurazioni al secondo) e creazioni di mesh più rapide: tutto ciò è reso possibile dalla sinergia fra fotocamere ad alte prestazioni e componenti informatici. In altri termini, i macchinari di misurazione con scansione 3D offrono una soluzione di acquisizione continua delle parti, più rapida che mai. È possibile anche regolare le impostazioni degli scanner durante il processo di scansione per ottimizzare l’acquisizione delle superfici in base a vari colori e texture. Si tratta di un importante progresso che consente di effettuare la scansione di superfici nere lucide e bianche opache sulla stessa parte.

Aumento della produttività nelle ispezioni automatiche

Gli scanner 3D automatici consentono ai team di controllo qualità di eseguire più ispezioni all’ora e di rilevare in anticipo problemi, difetti e irregolarità per azioni immediate o future. Inoltre, la manutenzione delle apparecchiature e le misure correttive nel processo di fabbricazione possono essere pianificate preventivamente. La possibilità di connessione diretta con i database di produzione consente la sincronizzazione automatica delle informazioni per un ulteriore risparmio in termini di tempo.

In breve, il numero delle parti difettose da ricostruire diminuisce, si riduce il numero di parti scartate rispetto a quelle prodotte e vengono fabbricate e vendute più parti con la stessa quantità di materie prime. Il ritorno sull’investimento è uno dei punti di forza di questo tipo di soluzione.

 

Soluzioni di controllo qualità automatizzate per parti complesse e con varie finiture

Diversi modelli di telai grigi di automobili accanto alla linea di produzione

Uno dei fattori principali spesso sottovalutato ma di grande impatto sui tempi di misurazione totali è la sensibilità alle finiture superficiali degli scanner 3D. Nell’ambito delle soluzioni di ispezione automatica, i tempi di ciclo sono da sempre una metrica chiave nella scelta di una nuova tecnologia. Tuttavia, per calcolare i tempi di ciclo reali di un processo in modo corretto, non basta analizzare la velocità di misurazione degli scanner 3D.

Per gli operatori delle aree di produzione, i parametri più importanti sono la velocità di misurazione e l’area di scansione. L’analisi simultanea di questi due parametri, offre agli utenti una stima realistica della scansione. Conoscendo con precisione il tempo necessario per la scansione di 1 metro quadrato, è molto più facile adattare l’efficienza a vari tipi e gruppi di parti.

Come evitare l’impatto negativo delle ispezioni sulle prestazioni

Tuttavia, per calcolare i tempi di ciclo reali di un’operazione completa, è fondamentale misurare il tempo necessario per preparare la parte e pulirla dopo le misurazioni. Infatti, anche sapere se la parte dovrà essere verniciata o se verranno applicate polveri per coprire la finitura superficiale è un fattore chiave nella valutazione della tecnologia metrologica 3D automatica da adottare, poiché tali operazioni richiedono tempo e personale.

Di solito, gli scanner a luce strutturata sono estremamente sensibili alle finiture superficiali. Spesso, la precisione volumetrica è influenzata direttamente dai materiali scansiti dall’utente (neri, bianchi o lucidi). Per evitare conseguenze sulle prestazioni dello scanner, in alcuni casi occorre preparare la parte: anche in questi casi, il processo di scansione potrebbe subire ritardi. Inoltre, è importante ricordare che occorrerà anche pulire la parte: si tratta di due operazioni manuali da effettuate all’interno dei tempi del ciclo di produzione. Se non si riesce a mantenere il passo della produzione, la soluzione potrebbe essere passare a una tecnologia migliore.

Oggi, i migliori scanner 3D sul mercato possono gestire diversi materiali e finiture superficiali senza dover applicare polveri o vernici: queste macchine non solo offrono esperienze di scansione 3D ottimali (punti per secondo in rapporto all’area di scansione), ma sono anche la soluzione ideale per affrontare componenti con diverse finiture superficiali, forme e dimensioni.

 

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Un problema costante nella manifattura: la ricerca di operatori CMM

Operatore con elmetto blu che misura una parte rotonda di grandi dimensioni con una CMM tradizionale a contatto

Nell’ambito dell’Industria 4.0, molti non comprendono le reali esigenze delle aziende e come soddisfarle. L’Industria 4.0 implica vari elementi, come la misurazione di tutte le dimensioni sulla totalità delle parti. Tuttavia, questo non è l’aspetto più importante per le aziende: l’elemento che conta di più è il controllo totale del processo di fabbricazione. L’ottimizzazione del controllo qualità consente di raggiungere questo risultato, ma non è l’obiettivo principale.

Un aumento della produttività nel processo di controllo qualità permette di rilevare in anticipo i problemi, ma può anche consentire di adottare un approccio proattivo e preventivo per pianificare in modo ottimale correttivi, manutenzione delle apparecchiature e così via.

L’automazione come soluzione al problema del personale qualificato

Ovviamente, per applicare in concreto tali principi, alle aziende occorre personale per la gestione delle CMM negli ambienti di produzione. Il funzionamento delle CMM tradizionali o degli strumenti di metrologia manuali richiede tecnici qualificati: è difficile trovarne, e ciò rappresenta un problema per molte aziende.

Le recenti innovazioni introdotte dai produttori di strumenti per metrologia, dimostrano che l’automazione può risolvere i problemi di manodopera nella metrologia e soddisfare l’esigenza di una maggiore produttività. Sebbene le soluzioni automatizzate di controllo qualità siano meno facili da implementare rispetto agli scanner 3D indipendenti, la nuova generazione di CMM a scansione 3D ha risolto questo problema grazie a una stretta integrazione di hardware e software: questo ha portato ad una maggiore velocità, affidabilità e semplicità d’uso.

Operatori specializzati dedicati esclusivamente alle attività di controllo qualità

Un fattore fondamentale del successo di queste soluzioni è il superamento dei problemi relativi alle risorse umane, visto che possono essere operate dagli operatori della produzione anziché da quelli del reparto di controllo qualità. Ovviamente, gli addetti del reparto in questione dovranno predisporre un piano di ispezione, che verrà eseguito dagli operatori della produzione che utilizzano le CMM nelle operazioni quotidiane. Il processo è semplice: basta posizionare la parte nelle CMM e premere il pulsante per avviare il passaggio sulla parte del robot con scanner 3D.

Grazie all’integrazione ottimale del software, non occorre che i tecnici del controllo qualità conoscano i robot o la relativa cinematica. Oggi, le soluzioni software per digital twin sono in grado di calcolare, simulare ed eseguire in automatico i percorsi robot partendo dai piani di ispezione.

 

Risolvere i problemi delle CMM grazie al controllo qualità automatizzato

MetraSCAN montato su robot R-Series che esegue la scansione di un complesso assemblaggio tubolare accanto allo schermo del computer con un segno di spunta verde

Rispetto alle CMM tradizionali, le soluzioni CMM con scansione 3D automatizzata sono molto più veloci e offrono un guadagno in termini di produttività ed efficienza. Grazie alla loro velocità e precisione, queste soluzioni eliminano le inefficienze delle CMM e consentono di eseguire l’ispezione automatica direttamente sulle linee di produzione. Così facendo si risolvono i problemi relativi alla carenza di manodopera specializzata, grazie alla loro rapida integrazione, automazione e facilità d’uso ed eliminano i colli di bottiglia in produzione, essendo in grado di misurare parti complessi con diverse finiture.

Queste soluzioni risolvono buona parte dei problemi in cui si imbattono le aziende nell’uso delle CMM tradizionali e forniscono un vantaggio competitivo, ottimizzando il rendimento e aumentando fiducia e soddisfazione dei clienti.

Articolo scritto da Creaform

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