Quais Pontos de Verificação Precisam de Tecnologia de Inspeção Visual Automatizada numa Linha de Montagem?

Por Huang Xiaolei | Benlong Automation

Ao lidar com uma linha elétrica de baixa tensão, entregar baixa qualidade ao enviar disjuntores com contato de prata configurado incorretamente, componentes invertidos ou código a laser ilegível resultará na imediata interrupção das operações comerciais. Por muitos anos, a única salvaguarda contra tais defeitos era um bom operador com visão aguçada e uma lâmpada robusta. No entanto, tais práticas tornam-se ineficientes com o aumento do volume de produção para centenas de milhares de unidades a cada mês e requisitos de qualidade mais rigorosos do comércio exterior. Portanto, os produtores de disjuntores e medidores passaram a depender do uso exclusivo da tecnologia de inspeção visual automatizada.

O objetivo deste documento é explicar o que essa tecnologia envolve, em quais casos ela é mais benéfica e como criar um sistema que permita detectar defeitos sem rejeitar bons produtos. Serão abordados quatro pontos que influenciam significativamente o rendimento na fabricação de disjuntores e medidores: orientação dos componentes, qualidade do contato de prata, resultados da montagem automática e qualidade da marcação a laser.

O que é tecnologia de inspeção visual automatizada?

Em sua forma mais simples, a inspeção por visão de máquina substitui o julgamento humano por uma câmera e um computador. Uma peça entra em uma estação, iluminação controlada destaca a característica de interesse, uma ou mais câmeras capturam uma imagem, e o software compara o que vê com um padrão definido. Em milissegundos, o sistema retorna um veredito: aprovado, reprovado ou retrabalho, e sinaliza a linha para continuar com a unidade boa ou desviar a unidade ruim. A mesma tecnologia é frequentemente descrita no chão de fábrica como inspeção óptica automatizada, ou AOI, e em plantas elétricas chinesas geralmente é implementada como inspeção visual CCD, nomeada após os sensores de dispositivo acoplado por carga nas câmeras.

A mudança significativa não está na câmera, mas na escolha feita. Um indivíduo examinando dez mil disjuntores durante um turno toma dez mil decisões. No entanto, mesmo a capacidade de decisão de um inspetor competente é reduzida ao seu nível mais baixo em poucas horas de trabalho. Por exemplo, um sistema de visão toma sua decisão da mesma forma na primeira e na milionésima peça de equipamento. Além disso, ao contrário de um ser humano, ele registra os resultados de todas as inspeções contra o código de barras do equipamento, criando assim um histórico de qualidade que pode ser rastreado.

Por que a inspeção manual não consegue acompanhar

Existem três desvantagens na inspeção visual manual. É lenta porque um humano só pode olhar para um aspecto de cada vez e precisa levantar, girar e colocar cada peça fisicamente. É inconsistente, pois o nível de distração, iluminação e humor impacta o desempenho ao longo do turno e entre os operadores. Finalmente, é vaga porque a avaliação feita por um humano não deixa evidências, tornando impossível estabelecer quais produtos foram inspecionados ou conectar a falha no campo à inspeção. Todas essas limitações combinadas resultam numa taxa mensurável de escape numa linha de produção de alta velocidade, que é o número de defeitos que passam despercebidos, minimizando assim o lucro devido a devoluções e processos adicionais. A economia por trás do nosso transportador de inspeção MCB deixa claro: mover a inspeção de um banco manual para uma linha automatizada com registro de dados é onde a maior parte do ganho de eficiência ocorre.

Quatro pontos de verificação onde a inspeção visual automatizada se justifica

A visão é mais valiosa nos pontos onde um defeito é barato de detectar e caro de perder. Em uma linha de disjuntores ou medidores, quatro desses pontos se destacam. Um defeito detectado na alimentação custa uma fração do mesmo defeito descoberto após a montagem final, quando o valor já incorporado na unidade é perdido..

Orientação do componente na alimentação

A maioria das pequenas peças elétricas chega à linha em grande quantidade e é separada por um alimentador vibratório em forma de tigela. O problema é que o alimentador apresenta as peças na orientação que a gravidade as entrega, e muitos componentes parecem quase idênticos de frente e de trás. Colocar uma peça invertida é uma das causas mais comuns de uma montagem defeituosa a jusante. Detecção de orientação resolve isso posicionando uma câmera sobre a pista de alimentação: o sistema lê a assinatura frontal e traseira de cada peça enquanto ela passa e rejeita ou recircula qualquer peça virada para o lado errado antes que ela chegue ao ninho de montagem. Como a verificação acontece na alimentação, a peça com orientação errada nunca consome um ciclo de estação ou um fixador. Nosso equipamento automático de detecção visual de rebites para MCB aplica exatamente esse princípio, usando câmeras de alta resolução e software de processamento de imagem para confirmar a posição e configuração de cada peça tão rápido quanto cerca de um segundo por polo, enquanto nosso equipamento inteligente de parada de montagem de MCB oferece detecção por visão ou fibra óptica de alimentações defeituosas dependendo da peça.

Qualidade do ponto de prata na alimentação

O ponto de prata é um componente essencial de um disjuntor, e também está entre as peças mais caras na lista de materiais. Se um contato de prata ou rebite bimetálico chegar à instalação em condição rachada, distorcida, subdimensionada ou contaminada, resultará em um disjuntor que falha no teste de resistência de contato ou, pior ainda, superaquece. Portanto, inspecionar os contatos de prata no processo de alimentação antes da soldagem faz sentido economicamente e também melhora a qualidade da solda, pois os contatos de prata defeituosos são identificados nesta etapa. A inspeção é feita com uma estação de visão e envolve verificar as dimensões, forma e superfície de cada contato antes de ser soldado. Esta inspeção combina naturalmente com a soldagem: nossa máquina automática de soldagem de ponto de prata e contato estático incorpora uma função de inspeção de qualidade que observa a própria solda, enquanto o contexto mais amplo sobre soldagem de precisão de contatos de prata é abordado em nossa visão geral de o que a automação significa para a fabricação elétrica. Juntas, a visão pré-solda e pós-solda fecham o ciclo na junta mais crítica do produto.

Verificando o resultado da montagem automática

A inspeção visual pós-montagem confirma que uma estação automatizada realmente fez o que deveria fazer. Embora a automação seja confiável, não é infalível: um parafuso pode não estar presente ou na posição correta; uma mola pode não estar na posição correta; a tampa pode estar levantada; e um terminal pode estar dobrado. Uma câmera localizada após operações-chave de montagem verifica a presença, posição e colocação em relação a um padrão de referência bom e marca uma unidade como não conforme se não estiver em conformidade com essa referência. Isso transforma uma estação de montagem de um sistema de circuito aberto para um sistema de circuito fechado, pois a linha de produção aprende imediatamente quando algo sai da especificação, em vez de isso ser descoberto no final da produção durante o teste final. A Benlong constrói esse estilo de verificação em linha em todas as suas linhas; nossa linha automática de montagem e inspeção de relé de estado sólido encadeia múltiplas verificações CCD entre etapas de montagem para que um defeito seja detectado na estação que o causou, e não levado até o final da linha.

Inspecionando a marcação a laser após a codificação

Cada disjuntor, medidor e carregador sai da fábrica carregando informações impressas ou marcadas a laser: marca, classificação, polos, normas, código de lote e frequentemente um código data-matrix ou QR para rastreabilidade. Se essa marca estiver ausente, mal posicionada, fraca ou errada, a unidade não pode ser vendida e, se o código for ilegível, não pode ser rastreada. A inspeção de marcação a laser usa visão imediatamente após a estação de marcação para verificar se o conteúdo correto está presente, legível e corretamente posicionado, e para classificar a legibilidade de qualquer código 2D. Como a marcação é uma das últimas operações, um erro detectado aqui ainda impede que uma unidade finalizada seja enviada com um defeito que o cliente veria primeiro. Nosso equipamento automático de marcação a laser para robô MCB integra a inspeção CCD diretamente na célula de marcação, para que a marca seja verificada no mesmo momento em que é aplicada.

Como a tecnologia funciona nos bastidores

Consiste em quatro partes, e todos os quatro componentes devem funcionar juntos para que o sistema seja eficaz. Primeiro, há o aspecto da iluminação. A iluminação adequada é essencial para revelar o defeito, portanto, um problema de engenharia difícil de resolver, mas bem iluminado, é muito melhor do que um mal iluminado que parece simples. Em seguida, a câmera e a lente capturam a imagem; a resolução é proporcional ao tamanho do defeito a ser detectado. Uma vez capturada a imagem, algum software é usado para analisá-la, com possibilidades de análise que vão desde medições baseadas na comparação de quantidade contra a tolerância até a inspeção contra a amostra padrão ou o uso de modelos de aprendizado profundo. Finalmente, o sistema executa sua operação enviando o resultado (aprovado/reprovado) para o controlador da linha enquanto registra o resultado no sistema MES.

O objetivo final de um eficiente sistema automatizado de inspeção visual é garantir que a decisão tomada seja correta, e não apenas estética. A precisão do sistema é determinada pela taxa de rejeição falsa, que é a porcentagem de produtos bons classificados como ruins. Se o sistema for configurado de forma muito rigorosa, os produtos bons serão rejeitados, o que significa que os operadores serão constantemente interrompidos por alarmes falsos de medição; se configurado de forma pouco rigorosa, os produtos defeituosos não serão detectados.

Baseado em regras, amostra padrão ou visão AI: combinando o método ao defeito

Nem todo defeito é melhor detectado usando a mesma solução, e o método determina o custo e a confiabilidade de uma estação. A medição baseada em regras é a melhor técnica quando o problema é dimensional e claramente definido, por exemplo, verificar se um rebite está fixado na posição correta ou se um contato atinge uma dimensão requerida. É rápido, compreensível e pode ser facilmente validado, pois qualquer decisão tem um número e uma tolerância. A comparação com amostra padrão é apropriada para medir características difíceis de definir em uma única medição, mas fáceis de reconhecer em relação a um objeto conhecido como bom, como a aparência de um poste montado. A visão por aprendizado profundo é aplicável às tarefas mais difíceis, como defeitos extremos na superfície, manchas ou defeitos variáveis que a regra comum não cobre efetivamente, aprendendo a distinção entre itens defeituosos e perfeitos a partir de exemplos. A produção real geralmente combina as técnicas mencionadas, tornando verificações simples, como medir parâmetros simples, solucionáveis com métodos clássicos e usando modelos de ML apenas para problemas ambíguos, já que toda técnica de aprendizado requer algum processamento e ajuste, que podem ser evitados em métodos simples.

É necessário esclarecer os limites entre as capacidades da inspeção visual e o teste funcional. A inspeção visual avalia a aparência de uma unidade, determinando se o componente está presente, na posição correta, sem danos, devidamente posicionado e corretamente identificado. No entanto, a inspeção visual não fornece informações sobre se o disjuntor é capaz de disparar nos valores exigidos ou suportar o teste de alta tensão. Essas questões podem ser abordadas por instalações de teste funcional e elétrico que aplicam as cargas e entendem o comportamento do componente testado. As empresas mais eficientes tentam usar ambos os processos de forma consecutiva para eliminar defeitos visíveis e mecânicos por meio da inspeção visual e deixar os processos de teste caros para os equipamentos que estão livres de quaisquer defeitos visuais. Usar a inspeção visual como substituição da inspeção funcional é uma abordagem errada, pois eles detectam falhas diferentes e são usados em etapas diferentes do processo.

O que a inspeção visual automatizada oferece aos fabricantes elétricos

O retorno sobre o investimento (ROI) da inspeção visual é perceptível em muitos aspectos. Primeiramente, o rendimento melhora, pois os problemas são encontrados pela máquina na estação onde ocorreram, e não nas áreas finais de teste. A taxa de escape é reduzida, o que significa que menos itens precisarão ser devolvidos e menos reclamações de garantia terão que ser atendidas. A produtividade aumenta porque os testes visuais são realizados simultaneamente com o processo normal de fabricação, eliminando a necessidade de inspeção manual. A mão de obra manual é realocada da inspeção repetitiva para tarefas mais complexas, e algo mais importante para exportadores para Índia, Turquia e Brasil: cada inspeção é registrada e fornece o relatório necessário para cada produto.

O benefício financeiro pode ser facilmente percebido se pensarmos nos custos do defeito que escapou. Ganhar um componente que está incorretamente posicionado durante a etapa de alimentação implica apenas o custo de alimentá-lo novamente; no entanto, detectar o defeito na última etapa pode levar ao reparo de vários componentes, e se o defeito chegar ao cliente, ocorrerão muitas perdas financeiras e problemas com a empresa. A inspeção visual move o processo de detecção de falhas para etapas anteriores, tornando-o o mais barato possível, razão pela qual fabricantes de alto volume a veem como um sistema central e não uma melhoria adicional.

Como especificar um sistema de inspeção visual automatizada

Escolher a visão correta requer comunicação clara com seu fornecedor de equipamentos antecipadamente. Esteja preparado para fornecer informações sobre esses aspectos antes de solicitar um orçamento.

① Lista de defeitos. Quais defeitos você está procurando? Forneça a lista de defeitos que precisam ser detectados com exemplos reais, pois nenhum sistema pode funcionar corretamente se não for treinado para identificar defeitos.
Tamanho mínimo da característica. O menor defeito é aquele que determina a resolução da câmera e a óptica.

② Tempo de ciclo. Estabeleça o ritmo com base no seu tempo de operação. Seu takt time define a velocidade com que a câmera captura a imagem, processa a informação e decide sobre o resultado da inspeção.

④ Variedades de produtos. Se você produz múltiplos conjuntos, variedades ou nomes de produtos, faça seu fornecedor fornecer uma troca baseada em receitas.

⑤ Taxa aceitável de falso-rejeito. Identifique níveis aceitáveis de falso-rejeito para que o design de iluminação necessário e a calibração do limiar sejam definidos.
Iluminação e ambiente. Acabamento prateado, caixa preta e etiquetas brilhantes introduzirão requisitos concretos de iluminação.

⑥ Informação e rastreamento. Identifique as informações a serem registradas, métodos de conexão entre resultados e código de barras, e outras conexões.

⑦ Integração e remoção. Defina o processo de rejeição de unidades defeituosas e permissão para que os bons produtos continuem.

Armadilhas comuns a evitar

A maioria das falhas na visão se deve a alguns erros que poderíamos ter evitado completamente. O primeiro é investir em câmeras onde deveria ter sido investido em iluminação, pois sensores de alta resolução não podem mudar uma cena escura. O segundo erro comum é definir a visão de acordo com uma lista de defeitos pouco clara e se perguntar por que não conseguiu encontrar o defeito que ninguém mencionou. O terceiro erro é negligenciar a troca, de modo que uma linha que pode operar vinte produtos independentemente precisará ser ensinada manualmente sempre que for trocada. O quarto é tratar as taxas de falso-rejeito como um detalhe, o que transforma até um ótimo sistema em algo que os operadores aprendem a ignorar ao usá-lo. Finalmente, o exemplo mais difundido é anexar a visão no final, em vez de integrar pontos de verificação de visão no processo.

Construindo a inspeção na linha, não sobre ela

Ao longo dos anos, a tecnologia de inspeção automática passou de um acessório de luxo para um componente padrão para fabricantes de produtos elétricos de baixa tensão. São esses produtores que se tornaram bem-sucedidos ao usar a visão no momento certo, ou seja, no alimentador, no ninho de montagem, na cabeça de marcação, para evitar que o dispositivo fora do padrão saia do local de produção. Quando feito corretamente, a visão não apenas descarta o produto defeituoso, mas gera dados que ajudam a manter toda a linha de produção em conformidade e permitem que os clientes recebam o produto com um histórico completo de rastreamento.

A Benlong Automation desenvolve tecnologia de visão automatizada usando CCD e visão de alta precisão desde 2008, começando pela verificação de rebites e contatos prateados na etapa de alimentação, finalizando a inspeção após montagem e marcação, e todas as etapas operacionais são automaticamente registradas no sistema MES.
Portanto, se você precisa estabelecer uma nova linha de produção ou apenas implementar a visão automatizada em sua produção, teremos prazer em ajudá-lo com isso.