¿Qué puntos de control necesitan tecnología de inspección visual automatizada en una línea de ensamblaje?

Por Huang Xiaolei | Benlong Automation

Al tratar con una línea eléctrica de baja tensión, entregar mala calidad enviando interruptores automáticos con contacto de plata mal ajustado, componentes invertidos o código láser ilegible terminará sumariamente las operaciones comerciales. Durante muchos años, la única salvaguarda contra tales defectos fue un buen operador con una vista aguda y una lámpara robusta. Sin embargo, tales prácticas se vuelven ineficientes con el aumento del volumen de producción de cientos de miles de unidades cada mes y requisitos de calidad más estrictos del comercio exterior. Por lo tanto, los productores de interruptores y medidores han confiado en el uso exclusivo de la tecnología de inspección visual automatizada.

El propósito de este documento es explicar en qué consiste la tecnología mencionada, en qué casos es más beneficiosa y cómo se puede crear un sistema que permita detectar defectos sin rechazar productos buenos. Se abordarán cuatro puntos que influyen en gran medida en el rendimiento de la fabricación de interruptores y medidores: orientación de componentes, calidad del contacto de plata, resultados del ensamblaje automático y calidad del marcado láser.

¿Qué es la tecnología de inspección visual automatizada?

En su forma más simple, la inspección por visión artificial reemplaza el juicio humano con una cámara y una computadora. Una pieza entra en una estación, una iluminación controlada hace que la característica de interés resalte, una o más cámaras capturan una imagen y el software compara lo que ve con un estándar definido. En milisegundos, el sistema devuelve un veredicto: aprobado, rechazado o retrabajo, y señala a la línea para que continúe con la unidad buena o desvíe la mala. La misma tecnología a menudo se describe en la planta como inspección óptica automatizada, o AOI, y en las plantas eléctricas chinas generalmente se implementa como inspección visual CCD, nombrada así por los sensores de dispositivo de carga acoplada en las cámaras.

El cambio significativo no está en la cámara sino en la elección realizada. Un individuo que examina diez mil interruptores automáticos durante un turno toma diez mil decisiones. Sin embargo, incluso la capacidad de toma de decisiones de un inspector competente se reduce a su nivel más bajo en solo unas pocas horas de trabajo. Por ejemplo, un sistema de visión toma su decisión de la misma manera en la primera y en la millonésima pieza de equipo. Además, a diferencia de un ser humano, registra los resultados de todas las inspecciones contra el código de barras del equipo, creando así un historial de calidad que puede ser rastreado.

Por qué la inspección manual no puede mantenerse al día

Hay tres desventajas en la inspección visual manual. Es lenta porque un humano solo puede observar un aspecto a la vez y debe levantar, girar y colocar físicamente cada pieza. Es inconsistente ya que el nivel de distracción, iluminación y estado de ánimo afecta el rendimiento durante el turno y entre los operadores. Finalmente, es vaga porque la evaluación realizada por un humano no deja evidencia, por lo que es imposible establecer qué productos han sido inspeccionados o conectar la falla en campo con la inspección. Todas estas limitaciones combinadas se traducen en una tasa de escape medible en una línea de producción de alta velocidad, es decir, el número de defectos que pasan desapercibidos, minimizando así la ganancia debido a devoluciones y procesos adicionales. La economía detrás de nuestro transportador de inspección MCB deja claro el punto: trasladar la inspección de un banco manual a una línea automatizada con registro de datos es de donde proviene la mayor parte de la ganancia en eficiencia.

Cuatro puntos de control donde la inspección visual automatizada demuestra su valor

La visión es más valiosa en los puntos donde es barato detectar un defecto y caro pasarlo por alto. En una línea de interruptores o medidores, destacan cuatro puntos de control. Un fallo detectado en la alimentación cuesta una fracción del mismo fallo descubierto después del ensamblaje final, cuando el valor ya incorporado en la unidad se pierde..

Orientación del componente en la alimentación

La mayoría de las piezas eléctricas pequeñas llegan a la línea a granel y se separan mediante un alimentador vibratorio de tolva. El problema es que un alimentador presenta las piezas en la orientación que la gravedad les da, y muchos componentes se ven casi idénticos por delante y por detrás. Colocar una pieza al revés es una de las causas más comunes de un ensamblaje defectuoso aguas abajo. Detección de orientación resuelve esto colocando una cámara sobre la pista de alimentación: el sistema lee la firma frontal y trasera de cada pieza a medida que pasa y rechaza o recircula cualquier pieza que esté orientada incorrectamente antes de que llegue al nido de ensamblaje. Debido a que la verificación ocurre en la alimentación, la pieza mal orientada nunca consume un ciclo de estación ni un sujetador. Nuestro equipo automático de detección visual de remaches para MCB aplica exactamente este principio, utilizando cámaras de alta resolución y software de procesamiento de imágenes para confirmar la posición y configuración de cada pieza tan rápido como alrededor de un segundo por polo, mientras que nuestro equipo inteligente de parada de ensamblaje de MCB ofrece detección por visión o fibra óptica de alimentaciones defectuosas dependiendo de la pieza.

Calidad del punto de plata en la alimentación

El punto de plata es un componente esencial de un interruptor automático, y también es una de las partes más costosas en la lista de materiales. Si un contacto de plata o un remache bimetálico llega a la instalación en condiciones agrietadas, distorsionadas, de tamaño insuficiente o contaminadas, resultará en un interruptor que falla la prueba de resistencia de contacto o, peor aún, se sobrecalienta. Por lo tanto, inspeccionar los contactos de plata en el proceso de alimentación antes de la soldadura tiene sentido económico y también mejora la calidad de la soldadura, ya que los contactos de plata defectuosos se identifican en esta etapa. La inspección se realiza con una estación de visión e implica verificar las dimensiones, la forma y la superficie de cada contacto antes de que sea soldado. Esta inspección se combina naturalmente con la soldadura: nuestra máquina automática de soldadura de punto de plata y contacto estático incorpora una función de inspección de calidad que vigila la propia soldadura, mientras que el contexto más amplio sobre la soldadura de precisión de contactos de plata se cubre en nuestra visión general de lo que significa la automatización para la fabricación eléctrica. Juntas, la visión pre-soldadura y post-soldadura cierran el ciclo en la unión más crítica del producto.

Verificación del resultado del ensamblaje automático

La inspección visual posterior al ensamblaje confirma que una estación automatizada realmente hizo lo que se suponía que debía hacer. Aunque la automatización es confiable, no es infalible: puede que un tornillo no esté presente o no esté en la posición correcta; un resorte puede no estar en la posición correcta; la cubierta puede estar sobresaliendo; y un terminal puede estar doblado. Una cámara ubicada después de las operaciones clave de ensamblaje verifica la presencia, posición y colocación contra un estándar de referencia bueno y marca una unidad como no conforme si no se ajusta a esta referencia. Esto transforma una estación de ensamblaje de un sistema de lazo abierto a un sistema de lazo cerrado, ya que la línea de producción aprende de inmediato cuando algo sale de especificación en lugar de descubrirse al final de la producción durante la prueba final. Benlong construye este estilo de verificación en línea a lo largo de sus líneas; nuestra línea automática de ensamblaje e inspección de relés de estado sólido encadena múltiples verificaciones CCD entre pasos de ensamblaje para que un defecto sea detectado en la estación que lo causó, y no llevado hasta el final de la línea.

Inspección de la marca láser después del codificado

Cada interruptor, medidor y cargador sale de la fábrica con información impresa o marcada con láser: marca, clasificación, polos, normas, código de lote y a menudo un código data-matrix o QR para trazabilidad. Si esa marca falta, está mal colocada, es tenue o incorrecta, la unidad no es vendible y, si el código es ilegible, no es rastreable. La inspección de marcado láser utiliza visión inmediatamente después de la estación de marcado para verificar que el contenido correcto esté presente, sea legible y esté correctamente posicionado, y para calificar la legibilidad de cualquier código 2D. Debido a que el marcado es una de las últimas operaciones, un error detectado aquí aún evita que una unidad terminada se envíe con un defecto que un cliente vería primero. Nuestro equipo automático de marcado láser para MCB integra la inspección CCD directamente en la celda de marcado, por lo que la marca se verifica al mismo tiempo que se aplica.

Cómo funciona la tecnología internamente

Consiste en cuatro partes, y los cuatro componentes deben funcionar juntos para que el sistema sea efectivo. Primero, está el aspecto de la iluminación. Una iluminación adecuada es esencial para poder revelar el defecto, por lo que un problema de ingeniería difícil de resolver con buena iluminación es mucho mejor que uno mal iluminado que parece simple. Luego, la cámara y el lente capturan la imagen; la resolución es proporcional al tamaño del defecto que se detecta. Una vez capturada la imagen, se utiliza un software para analizarla, con posibilidades de análisis que van desde mediciones basadas en la comparación de cantidades contra la tolerancia hasta la inspección contra la muestra dorada o el uso de modelos de aprendizaje profundo. Finalmente, el sistema ejecuta su operación enviando el resultado (aprobado/rechazado) al controlador de la línea mientras registra el resultado en el sistema MES.

El objetivo final de un sistema eficiente de inspección visual automatizada es asegurar que la decisión tomada sea correcta más que estética. La precisión del sistema se determina por la tasa de rechazo falso, que es el porcentaje de productos buenos que han sido clasificados como defectuosos. Si el sistema está configurado demasiado estrictamente, los productos buenos serán rechazados, lo que significa que los operadores serán interrumpidos constantemente por falsas alarmas de medición; si no está configurado con suficiente rigor, los productos defectuosos no serán detectados.

Basado en reglas, muestra dorada o visión AI: el método según el defecto

No todos los defectos se detectan mejor usando la misma solución, y el método determina el costo y la fiabilidad de una estación. La medición basada en reglas es la mejor técnica cuando el problema es dimensional y está claramente definido, por ejemplo, verificar que un remache esté fijado en la ventana de posición correcta o que un contacto alcance una dimensión requerida. Es rápida y comprensible y puede validarse fácilmente ya que cualquier decisión tiene un número y una tolerancia. La comparación con muestra dorada es apropiada para medir características difíciles de definir con una sola medición pero fáciles de reconocer en relación con un objeto conocido como bueno, como la apariencia de un poste ensamblado. La visión de aprendizaje profundo es aplicable a las tareas más difíciles, es decir, defectos extremos en la superficie, manchas o defectos variables que la regla ordinaria no puede cubrir eficazmente, aprendiendo el corte entre los artículos defectuosos y perfectos a partir de ejemplos. La producción real suele ser una combinación de las técnicas mencionadas, haciendo que las comprobaciones simples como medir parámetros sencillos sean solucionables con la ayuda del método clásico y usando modelos de ML solo para problemas ambiguos, ya que cada técnica de aprendizaje requiere procesamiento y ajuste que se puede evitar en el caso de métodos simples.

Es necesario aclarar los límites entre las capacidades de la inspección visual y las pruebas funcionales. La inspección visual evalúa la apariencia de una unidad, determinando si el componente está presente, en la posición correcta, libre de daños, correctamente posicionado e identificado. Sin embargo, la inspección visual no proporciona información sobre si el interruptor es capaz de dispararse a los valores requeridos o soportar la prueba de alta tensión. Estos aspectos pueden abordarse mediante la instalación de pruebas funcionales y eléctricas que pueden aplicar las cargas y entender el comportamiento del componente probado. Las empresas más eficientes intentan usar ambos procesos de manera consecutiva para eliminar los defectos visibles y mecánicos mediante la inspección visual y dejar los procesos de prueba costosos para los equipos que están libres de cualquier defecto visual. Usar la inspección visual como reemplazo de la inspección funcional es un enfoque incorrecto, ya que detectan diferentes fallas y se utilizan en diferentes etapas del proceso.

Lo que la inspección visual automatizada ofrece a los fabricantes eléctricos

El retorno de inversión (ROI) de la inspección visual es notable en muchos aspectos. Primero que todo, el rendimiento mejora ya que los problemas son detectados por la máquina en la estación donde ocurrieron en lugar de en las áreas de prueba final. La tasa de escape se reduce, lo que significa que menos artículos necesitarán ser devueltos y se tendrán que cumplir menos reclamaciones de garantía. El rendimiento aumenta porque las pruebas visuales se ejecutan simultáneamente con el proceso normal de fabricación, eliminando la necesidad de inspección manual. La mano de obra manual se reasigna de la inspección repetitiva a tareas más complejas, y algo más importante para los exportadores a India, Turquía y Brasil es que cada inspección queda registrada y proporciona el informe necesario para cada producto.

El beneficio financiero puede verse fácilmente si se piensa en los costos del defecto escapado. Ganar un componente que está mal posicionado durante la etapa de alimentación solo implica los costos de alimentarlo nuevamente; sin embargo, detectar el defecto en la última etapa puede llevar a la reparación de varios componentes, y si el defecto ha llegado al cliente, se producirán muchas pérdidas financieras y problemas con la empresa. La inspección visual traslada el proceso de detección de fallas hacia etapas anteriores, haciéndolo lo más económico posible, razón por la cual los fabricantes de alto volumen lo consideran un sistema central y no una mejora adicional.

Cómo especificar un sistema de inspección visual automatizada

Elegir la visión correcta requiere una comunicación clara con su proveedor de equipos de antemano. Esté preparado para proporcionar información sobre estos aspectos antes de solicitar una cotización.

① Lista de defectos. ¿Qué defectos está buscando? Proporcione la lista de defectos que necesitan ser detectados con ejemplos reales, ya que ningún sistema puede funcionar correctamente si no está entrenado para detectar defectos.
Tamaño mínimo de característica. El defecto más pequeño es el que determina la resolución de la cámara y la óptica.

② Tiempo de ciclo. Establezca el ritmo basado en su tiempo de operación. Su tiempo takt define la velocidad a la que la cámara captura la imagen, procesa la información y decide sobre el resultado de la inspección.

④ Variedades de producto. Si produce múltiples conjuntos, variedades o nombres de productos, haga que su proveedor proporcione un cambio basado en recetas.

⑤ Tasa aceptable de falsos rechazos. Identifique los niveles aceptables de falsos rechazos para que se definan el diseño de iluminación requerido y la calibración del umbral.
Iluminación y entorno. El acabado plateado, la carcasa negra y las etiquetas brillantes introducirán requisitos concretos de iluminación.

⑥ Información y seguimiento. Identifique la información que se registrará, los métodos de conexión entre los resultados y el código de barras, y otras conexiones.

⑦ Integración y eliminación. Defina el proceso de rechazo de unidades defectuosas y permita que los productos buenos continúen.

Errores comunes a evitar

La mayoría de las fallas en visión se deben a unos pocos errores que podríamos haber evitado por completo. El primero es invertir en cámaras cuando debería haberse invertido en iluminación, ya que los sensores de mayor resolución no pueden cambiar una escena con poca luz. El segundo error común es definir la visión según una lista de defectos poco clara y preguntarse por qué no pudo encontrar el defecto que nadie mencionó. El tercer error es pasar por alto el cambio, de modo que una línea que puede operar veinte productos de forma independiente necesite ser enseñada manualmente cada vez que cambia. El cuarto es tratar las tasas de falsos rechazos como un pensamiento posterior, lo que transforma incluso un gran sistema en uno que los operadores aprenden a ignorar al usarlo. Finalmente, el ejemplo más extendido es el de añadir la visión al final en lugar de integrar puntos de control de visión en el proceso.

Construyendo la inspección en la línea, no sobre ella

A lo largo de los años, la tecnología de inspección automática ha pasado de ser un complemento de lujo a un componente estándar para los fabricantes de productos eléctricos de baja tensión. Son esos productores los que han tenido éxito al usar la visión en el momento adecuado, es decir, en el alimentador, en el nido de ensamblaje, en la cabeza de marcado, para evitar que el dispositivo defectuoso salga del sitio de producción. Cuando se hace bien, la visión no solo descarta el producto defectuoso, sino que genera datos que ayudan a mantener toda la línea de producción en cumplimiento y permiten que los clientes reciban el producto con un historial completo de seguimiento.

Benlong Automation ha desarrollado tecnología de visión automatizada utilizando CCD y visión de alta precisión desde 2008, comenzando con la inspección de remaches y contactos plateados en la etapa de alimentación, terminando la inspección después del ensamblaje y marcado, y todas las etapas de operación se registran automáticamente en el sistema MES.
Así que si necesita establecer una nueva línea de producción o simplemente implementar la visión automatizada en su producción, estaremos encantados de ayudarle con esto.