Quels points de contrôle nécessitent une technologie d'inspection visuelle automatisée sur une ligne d'assemblage ?

Par Huang Xiaolei | Benlong Automation

Lorsqu'il s'agit d'une ligne électrique basse tension, livrer une mauvaise qualité en envoyant des disjoncteurs avec un contact argent mal réglé, des composants inversés ou un code laser illisible entraînera la cessation immédiate des opérations commerciales. Pendant de nombreuses années, la seule protection contre de tels défauts était un bon opérateur avec une vue perçante et une lampe robuste. Cependant, ces pratiques deviennent inefficaces avec l'augmentation du volume de production à des centaines de milliers d'unités chaque mois et des exigences de qualité plus strictes du commerce extérieur. Par conséquent, les producteurs de disjoncteurs et de compteurs se sont appuyés exclusivement sur la technologie d'inspection visuelle automatisée.

Le but de ce document est d'expliquer ce que cette technologie implique, dans quels cas elle est la plus bénéfique et comment créer un système permettant de détecter les défauts sans rejeter de bons produits. Quatre points seront abordés qui influencent grandement le rendement de la fabrication des disjoncteurs et compteurs : l'orientation des composants, la qualité du contact argent, les résultats de l'assemblage automatique et la qualité du marquage laser.

Qu'est-ce que la technologie d'inspection visuelle automatisée ?

Dans sa forme la plus simple, l'inspection par vision machine remplace le jugement humain par une caméra et un ordinateur. Une pièce entre dans une station, un éclairage contrôlé fait ressortir la caractéristique d'intérêt, une ou plusieurs caméras capturent une image, et un logiciel compare ce qu'il voit à une norme définie. En quelques millisecondes, le système rend un verdict : réussite, échec ou retouche, et signale à la ligne de production de laisser passer l'unité conforme ou de détourner celle défectueuse. La même technologie est souvent désignée sur le plancher de l'usine sous le nom de inspection optique automatisée, ou AOI, et dans les usines électriques chinoises, elle est généralement mise en œuvre sous le nom de inspection visuelle CCD, nommée d'après les capteurs à dispositif à transfert de charge dans les caméras.

Le changement significatif ne réside pas dans la caméra mais dans le choix effectué. Un individu examinant dix mille disjoncteurs pendant un poste prend dix mille décisions. Néanmoins, même la capacité de prise de décision d'un inspecteur compétent diminue au plus bas niveau après seulement quelques heures de travail. Par exemple, un système de vision prend sa décision de la même manière sur la première et sur le millionième équipement. De plus, contrairement à un être humain, il enregistre les résultats de toutes les inspections associées au code-barres de l'équipement, créant ainsi un historique qualité traçable.

Pourquoi l'inspection manuelle ne peut pas suivre

Il y a trois inconvénients à l'inspection visuelle manuelle. Elle est lente car un humain ne peut examiner qu'un aspect à la fois et doit physiquement soulever, tourner et reposer chaque pièce. Elle est incohérente car le niveau de distraction, l'éclairage et l'humeur influencent la performance tout au long du poste et entre les opérateurs. Enfin, elle est vague car l'évaluation réalisée par un humain ne laisse aucune preuve, rendant impossible d'établir quels produits ont été inspectés ou de relier une défaillance sur le terrain à l'inspection. Toutes ces limites combinées se traduisent par un taux d'échappement mesurable sur une ligne de production à grande vitesse, c’est-à-dire le nombre de défauts qui passent inaperçus, minimisant ainsi le profit à cause des retours et des processus supplémentaires. L'économie derrière notre convoyeur d'inspection MCB souligne clairement : déplacer l'inspection d'un poste manuel à une ligne automatisée avec enregistrement des données est là où se trouve la majeure partie du gain d'efficacité.

Quatre points de contrôle où l'inspection visuelle automatisée justifie son coût

La vision est la plus précieuse aux points où un défaut est peu coûteux à détecter et coûteux à manquer. Sur une ligne de disjoncteurs ou de compteurs, quatre points de contrôle se démarquent. Un défaut détecté à l'alimentation coûte une fraction du même défaut découvert après l'assemblage final, lorsque la valeur déjà intégrée dans l'unité est perdue..

Orientation des composants à l'alimentation

La plupart des petites pièces électriques arrivent en vrac sur la ligne et sont séparées par un alimentateur à bol vibrant. Le problème est qu'un alimentateur présente les pièces dans l'orientation que leur donne la gravité, et de nombreux composants se ressemblent presque à l'avant et à l'arrière. Monter une pièce à l'envers est l'une des causes les plus courantes d'un assemblage défectueux en aval. La détection d'orientation résout ce problème en plaçant une caméra au-dessus de la piste d'alimentation : le système lit la signature avant-arrière de chaque pièce au passage et rejette ou recircule toute pièce orientée à l'envers avant qu'elle n'atteigne le nid d'assemblage. Parce que la vérification se fait à l'alimentation, la pièce mal orientée ne consomme jamais un cycle de station ni un élément de fixation. Notre équipement automatique de détection de rivets visuels MCB applique exactement ce principe, utilisant des caméras haute résolution et un logiciel de traitement d'image pour confirmer la position et le réglage de chaque pièce aussi rapidement qu'environ une seconde par pôle, tandis que notre équipement intelligent d'arrêt d'assemblage MCB offre soit une détection par vision soit par fibre optique des alimentations défectueuses selon la pièce.

Qualité du point argenté à l'alimentation

Le point argenté est un composant essentiel d'un disjoncteur, et il fait également partie des pièces les plus coûteuses dans la nomenclature. Si un contact argenté ou une rivet bimétallique arrive à l'installation dans un état fissuré, déformé, sous-dimensionné ou contaminé, cela entraînera un disjoncteur qui échoue au test de résistance de contact ou, pire encore, qui surchauffe. Ainsi, inspecter les contacts argentés lors du processus d'alimentation avant le soudage est économiquement judicieux et améliore également la qualité de la soudure puisque les contacts argentés défectueux sont identifiés à cette étape. L'inspection est réalisée avec une station de vision et consiste à vérifier les dimensions, la forme et la surface de chaque contact avant qu'il ne soit soudé. Cette inspection s'associe naturellement au soudage : notre machine automatique de soudage à point argenté et contact statique intègre une fonction d'inspection qualité qui surveille la soudure elle-même, tandis que le contexte plus large sur le soudage de précision des contacts argentés est couvert dans notre aperçu de ce que l'automatisation signifie pour la fabrication électrique. Ensemble, la vision pré-soudure et post-soudure boucle la boucle sur le joint le plus critique du produit.

Vérification du résultat de l'assemblage automatique

L'inspection visuelle post-assemblage confirme qu'une station automatisée a effectivement réalisé ce qu'elle devait faire. Bien que l'automatisation soit fiable, elle n'est pas infaillible : une vis peut être absente ou mal positionnée ; un ressort peut ne pas être à la bonne place ; le couvercle peut être mal ajusté ; et une borne peut être pliée. Une caméra située après les opérations clés d'assemblage vérifie la présence, la position et le placement par rapport à une référence conforme et marque une unité comme non conforme si elle ne correspond pas à cette référence. Cela transforme une station d'assemblage d'un système en boucle ouverte en un système en boucle fermée, car la ligne de production apprend immédiatement lorsqu'un élément sort des spécifications au lieu que cela soit découvert à la fin de la production lors des tests finaux. Benlong construit ce type de contrôle en ligne tout au long de ses lignes ; notre ligne automatique d'assemblage et d'inspection de relais à semi-conducteurs enchaîne plusieurs contrôles CCD entre les étapes d'assemblage afin qu'un défaut soit détecté à la station qui l'a causé, et non reporté jusqu'à la fin de la ligne.

Inspection du marquage laser après codage

Chaque disjoncteur, compteur et chargeur quitte l'usine avec des informations imprimées ou marquées au laser : marque, puissance nominale, pôles, normes, code de lot, et souvent un code data-matrix ou QR pour la traçabilité. Si ce marquage est manquant, mal placé, faible ou erroné, l'unité est invendable et, si le code est illisible, introuvable. L'inspection du marquage laser utilise la vision immédiatement après la station de marquage pour vérifier que le contenu correct est présent, lisible et correctement positionné, et pour évaluer la lisibilité de tout code 2D. Parce que le marquage est l'une des dernières opérations, une erreur détectée ici empêche toujours qu'une unité finie soit expédiée avec un défaut que le client verrait en premier. Notre équipement automatique de marquage laser robotisé pour MCB intègre l'inspection CCD directement dans la cellule de marquage, de sorte que la marque est vérifiée en même temps qu'elle est appliquée.

Comment la technologie fonctionne en coulisses

Elle se compose de quatre parties, et les quatre composants doivent fonctionner ensemble pour que le système soit efficace. Tout d'abord, il y a l'aspect éclairage. Un éclairage approprié est essentiel pour révéler le défaut, donc un problème d'ingénierie difficile à résoudre bien éclairé est bien meilleur qu'un problème mal éclairé qui semble simple. Ensuite, la caméra et l'objectif prennent l'image ; la résolution est proportionnelle à la taille du défaut détecté. Une fois l'image capturée, un logiciel est utilisé pour l'analyser, avec des possibilités d'analyse allant des mesures basées sur la comparaison de quantité par rapport à la tolérance à l'inspection par rapport à l'échantillon de référence ou à l'utilisation de modèles d'apprentissage profond. Enfin, le système exécute son opération en envoyant le résultat (passé/échoué) au contrôleur de ligne tout en enregistrant le résultat dans le système MES.

L'objectif ultime d'un système efficace d'inspection visuelle automatisée est de garantir que la décision prise est correcte plutôt que belle. La précision du système est déterminée par le taux de rejet faux, qui est le pourcentage de bons produits classés comme mauvais. Si le système est réglé trop strictement, les bons produits seront rejetés, ce qui signifie que les opérateurs seront constamment interrompus par de fausses alarmes de mesure ; s'il est réglé pas assez strictement, les produits défectueux ne seront pas détectés.

Vision basée sur des règles, échantillon de référence ou IA : adapter la méthode au défaut

Tous les défauts ne sont pas mieux détectés avec la même solution, et la méthode détermine le coût et la fiabilité d'une station. La mesure basée sur des règles est la meilleure technique lorsque le problème est dimensionnel et clairement défini, par exemple, vérifier qu'une rivet est fixé dans la bonne fenêtre de position ou qu'un contact atteint une dimension requise. Elle est rapide et compréhensible et peut être facilement validée car toute décision a un nombre et une tolérance. La comparaison avec un échantillon de référence est appropriée pour mesurer des caractéristiques difficiles à définir par une seule mesure mais faciles à reconnaître par rapport à un objet connu comme bon, comme l'apparence d'un poteau assemblé. La vision par apprentissage profond est applicable aux tâches les plus difficiles, c’est-à-dire les défauts extrêmes de surface, les taches ou les défauts variables que la règle ordinaire ne peut pas couvrir efficacement, apprenant la coupure entre les articles défectueux et parfaits à partir d'exemples. La production réelle est généralement une combinaison des techniques mentionnées, rendant les contrôles simples tels que la mesure de paramètres simples réalisables avec la méthode classique et utilisant des modèles ML pour les problèmes ambigus uniquement, car chaque technique d'apprentissage nécessite un certain traitement et réglage qui peuvent être évités dans le cas de méthodes simples.

Il est nécessaire de clarifier les limites entre les capacités de l'inspection visuelle et les tests fonctionnels. L'inspection visuelle évalue l'apparence d'une unité, déterminant si le composant est présent, à la bonne position, exempt de dommages, correctement positionné et correctement identifié. Cependant, l'inspection visuelle ne fournit pas d'informations sur la capacité du disjoncteur à déclencher aux valeurs requises ou à supporter le test haute tension. Ces problèmes peuvent être traités par une installation de test fonctionnel et électrique qui peut appliquer les charges et comprendre le comportement du composant testé. Les entreprises les plus efficaces essaient d'utiliser les deux processus de manière consécutive afin d'éliminer les défauts visibles et mécaniques par inspection visuelle et de réserver les processus de test coûteux aux équipements exempts de tout défaut visuel. Utiliser l'inspection visuelle comme remplacement de l'inspection fonctionnelle est une mauvaise approche car ils détectent des défauts différents et sont utilisés à différentes étapes du processus.

Ce que l'inspection visuelle automatisée apporte aux fabricants électriques

Le retour sur investissement de l'inspection visuelle est visible à plusieurs niveaux. Tout d'abord, le rendement s'améliore puisque les problèmes sont détectés par la machine à la station où ils se sont produits plutôt qu'aux zones de test finales. Le taux d'échappement est réduit, ce qui signifie que moins d'articles devront être renvoyés et que moins de réclamations de garantie devront être traitées. Le débit augmente car les tests visuels s'exécutent simultanément avec le processus de fabrication normal, éliminant le besoin d'inspection manuelle. La main-d'œuvre manuelle est réaffectée des inspections répétitives à des tâches plus complexes, et ce qui est plus important pour les exportateurs vers l'Inde, la Turquie et le Brésil, chaque inspection est enregistrée et fournit le rapport nécessaire pour chaque produit.

Le bénéfice financier est facilement perceptible si l'on considère les coûts d'un défaut échappé. Gagner un composant mal positionné lors de l'étape d'alimentation n'entraîne que les coûts de son réapprovisionnement, tandis que détecter le défaut à la dernière étape peut conduire à la réparation de plusieurs composants, et si le défaut atteint le client, cela engendre de lourdes pertes financières et des problèmes pour l'entreprise. L'inspection visuelle déplace le processus de détection des défauts en amont, le rendant aussi économique que possible, ce qui explique pourquoi les fabricants à grand volume la considèrent comme un système central et non comme une amélioration supplémentaire.

Comment spécifier un système d'inspection visuelle automatisée

Choisir la bonne vision nécessite une communication claire avec votre fournisseur d'équipement au préalable. Soyez prêt à fournir des informations sur ces aspects avant de demander un devis.

① Liste des défauts. Quels défauts recherchez-vous ? Fournissez la liste des défauts à détecter avec un exemple réel, car aucun système ne peut fonctionner correctement s'il n'est pas entraîné à reconnaître les défauts.
Taille minimale de la caractéristique. Le plus petit défaut détermine la résolution de la caméra et l'optique.

② Temps de cycle. Établissez le rythme en fonction de votre temps d'opération. Votre temps takt définit la vitesse à laquelle la caméra capture l'image, traite l'information et décide du résultat de l'inspection.

④ Variétés de produits. Si vous produisez plusieurs ensembles de produits, variétés ou noms, demandez à votre fournisseur de prévoir un changement basé sur des recettes.

⑤ Taux de faux rejet acceptable. Identifiez les niveaux de faux rejet acceptables afin que la conception de l'éclairage et la calibration du seuil soient définies.
Éclairage et environnement. La finition argentée, le boîtier noir et les étiquettes brillantes imposeront des exigences concrètes en matière d'éclairage.

⑥ Informations et suivi. Identifiez les informations à enregistrer, les méthodes de connexion entre les résultats et le code-barres, ainsi que d'autres connexions.

⑦ Intégration et élimination. Définissez le processus de rejet des unités défectueuses et de passage des bonnes pièces.

Pièges courants à éviter

La plupart des échecs de la vision sont dus à quelques erreurs que nous aurions pu éviter entièrement. La première est d'investir dans des caméras alors qu'il aurait fallu investir dans l'éclairage, car des capteurs à haute résolution ne peuvent pas améliorer une scène sombre. La deuxième erreur courante est de définir la vision selon une liste de défauts peu claire et de se demander pourquoi elle n'a pas détecté un défaut que personne n'a mentionné. La troisième erreur est de négliger le changement de série, de sorte qu'une ligne pouvant fonctionner avec vingt produits indépendamment doit être reprogrammée manuellement à chaque changement. La quatrième est de traiter les taux de faux rejet comme une réflexion secondaire, ce qui transforme même un excellent système en un système que les opérateurs apprennent à ignorer. Enfin, l'exemple le plus répandu est d'ajouter la vision à la fin plutôt que d'intégrer des points de contrôle visuels dans le processus.

Intégrer l'inspection dans la ligne, pas dessus

Au fil des ans, la technologie d'inspection automatique est passée d'un luxe à un composant standard pour les fabricants de produits électriques basse tension. Ce sont ces producteurs qui ont réussi en utilisant la vision au bon moment, c'est-à-dire à l'alimentation, au nid d'assemblage, à la tête de marquage, pour empêcher qu'un appareil non conforme quitte le site de production. Lorsqu'elle est bien réalisée, la vision ne se contente pas d'éliminer le produit défectueux, elle génère des données qui aident à maintenir la conformité de toute la ligne de production et permettent aux clients de recevoir le produit avec un historique complet de suivi.

Benlong Automation a développé une technologie de vision automatisée utilisant CCD et vision haute précision depuis 2008, commençant par le contrôle des rivets et des contacts argentés à l'étape d'alimentation, terminant l'inspection après l'assemblage et le marquage, et toutes les étapes d'opération sont automatiquement enregistrées dans le système MES.
Donc, si vous devez établir une nouvelle ligne de production ou simplement mettre en œuvre la vision automatisée dans votre production, nous serons heureux de vous aider.