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Un Faro Cobalt Array Imager instalado en un robot ayuda a VRSI y Dynacraft

Resolviendo el desafío de la inspección 100% en línea

Redacción Interempresas16/04/2018

Dynacraft recibió un requerimiento de su grupo de calidad de proveedores para pasar de una inspección regular de muestreo a una inspección del 100% de los ensamblajes de emisiones. Variation Reduction Systems, Inc (VRSI) y FARO implementaron una solución que consistía en un generador de imágenes Cobalt Array Imager montado en un robot. La inspección de cada conjunto se realiza directamente en la línea de producción. La solución totalmente automatizada determina el estado de aprobación o fallo sin intervención humana.

Un Cobalt instalado en un robot realiza una inspección 100% automatizada en un ensamblaje de emisiones
Un Cobalt instalado en un robot realiza una inspección 100% automatizada en un ensamblaje de emisiones.

La sede central de Dynacraft se encuentra en Algona, Washington (EE UU). Esta empresa se dedica a fabricar piezas para camiones Paccar medianos y pesados con las marcas Kenworth, Peterbilt y DAF. Durante más de 40 años, Dynacraft ha proporcionado componentes, subensamblajes y servicio especializados de alta calidad a la división de piezas de Paccar y a las divisiones de fabricación de camiones de la empresa.

El desafío

“Uno de los requisitos relacionado con el nuevo sistema de emisiones de 2017, que se encuentra en producción en este momento, era implementar una inspección del 100% de los ensamblajes. Este requisito provenía de nuestro grupo de calidad de proveedores”, explicó Mario Caudillo, ingeniero de Calidad de Producción en Dynacraft. “Hasta ese momento, implementábamos un plan de muestras estándar, por lo que pasar de este plan a una inspección del 100% implicaba un desafío”.

Si bien Dynacraft realiza más de 200 ensamblajes en su línea de producción al día, bastaba un brazo de medición manual y un par de técnicos para realizar las pruebas de muestras. Por lo tanto, el equipo de calidad de Dynacraft tuvo que estudiar su estrategia de trabajo, lo que llevó a la conclusión que no había manera de que pudieran ocuparse de la inspección del 100% con el proceso existente. Se necesitaría una solución automatizada para cumplir con las expectativas del cliente.

“Estamos muy satisfechos… Sabíamos que la única solución posible debía ser durante el proceso, en la línea, para poder hacer lo que necesitábamos. Si tuviésemos que hacer lo mismo, pero con un proceso manual, deberíamos aumentar la cantidad de empleados del departamento de calidad a, por lo menos, cinco o seis empleados por turno, para poder capturar el tipo de datos que logramos ahora”. Ingeniero de Calidad de Producción de Dynacraft

Responder las preguntas correctas

Caudillo tenía algo de experiencia con equipos, ya que había trabajado para un fabricante de equipos originales (OEM), lo que resultaría de gran ayuda para resolver el dilema. Era solo cuestión de encontrar la empresa indicada con las personas indicadas para poder llevar adelante el proyecto. “Hablé con algunas empresas sobre este proyecto y, debido a algunas limitaciones tecnológicas por su parte, no podían brindarnos la solución que necesitábamos”, dice Caudillo. “Cuando me comuniqué con Variation Reduction Solutions, Inc. (VRSI) y comencé a hablar con Evan Asher y Mike Kleemann, me hicieron las preguntas indicadas para poder comenzar con este proyecto desde cero”.

El ensamblaje mide 6 pies de largo y tiene entre 50 y 60 variaciones. El tiempo de inspección total es de menos de 65 segundos...
El ensamblaje mide 6 pies de largo y tiene entre 50 y 60 variaciones. El tiempo de inspección total es de menos de 65 segundos.

Construir cosas que construyen cosas

Gracias a su importante equipo de especialistas experimentados, VRSI les proporciona a sus clientes soluciones integradas de vanguardia para trabajos de visión, metrología, guía de robots industriales e inspección automatizada desde 1998. “En general, nos ocupamos de tareas de semipersonalización”, dice Evan Asher, ingeniero de Proyectos de VRSI. “Cada proyecto se modifica para adaptarse a las necesidades y aplicación específicas del cliente. Tenemos proyectos que son similares a otros, pero inevitablemente cada proyecto tiene un proceso ligeramente diferente con requisitos ligeramente diferentes. Implementamos una solución a la medida del problema”.

La solución ideal para Dynacraft tendría que ajustarse a un perfil de tamaño que le permitiera caber en una celda de trabajo en el piso de producción, ser totalmente automatizada y tener la capacidad de medir contenedores de seis pies de largo con 50 a 60 variaciones, todo en 65 segundos.

Elegir los componentes indicados para el sistema

“Cuando un proyecto requiere integrar la metrología con la automatización industrial, a menudo implica un trabajo de ingeniería de sistema importante”, explica Mike Kleemann, ingeniero en jefe y gerente del grupo de Industria Aeroespacial en VRSI. “Comenzamos con los requisitos y, luego, trabajamos de forma inversa para identificar las combinaciones de elementos de medición, automatización, control e integración que debíamos combinar para lograr una solución óptima”.

Uno de los componentes de sistema que VRSI utilizó era un brazo robótico Fanuc. Para la metrología, eligieron el Faro Cobalt Array Imager. “Una de las razones por las que nos gusta trabajar con Faro es porque es un proveedor muy confiable”, dice Asher. “El Cobalt combina precisión y campo de visión. Además, es muy fácil de usar. Simplemente se conecta a la computadora y comienza a funcionar a la perfección. Diría que la parte más sencilla del proyecto fue la implementación del Cobalt”.

Otro aspecto para tener en cuenta al momento de elegir un escáner fueron las variaciones en las terminaciones de la superficie. “La superficie (del ensamblaje de emisiones) tenía varias terminaciones de metal”, explica Asher. “Algunas son brillantes, otras son opacas, otras tienen un punto medio, como un metal mate. Además, —debido a las limitaciones de espacio— el ángulo de medición de la superficie en el que trabajaba el Cobalt contribuía a la diferencia. Entonces, lo que hicimos para cada una de esas posiciones fue establecer un ajuste de exposición diferente. A veces, un ajuste de exposición era suficiente, otras, necesitábamos varios ajustes de exposición. Para capturar ciertas funciones de forma eficaz, realizábamos capturas con tres exposiciones diferentes con el objetivo de lograr una medición correcta”. Gracias a su alto rango dinámico (HDR) y su capacidad para medir superficies brillosas, el Cobalt es la elección natural para las soluciones de metrología en fábricas en línea.

“El Cobalt combina precisión y campo de visión. Además, es muy fácil de usar. Simplemente se conecta a la computadora y comienza a funcionar a la perfección. Diría que la parte más sencilla del proyecto fue la implementación del Cobalt”. Ingeniero de Proyectos de VRSI
Nube de puntos con mapa de colores del ensamblaje de emisiones inspeccionado con Cobalt. Datos de inspección detallados...
Nube de puntos con mapa de colores del ensamblaje de emisiones inspeccionado con Cobalt. Datos de inspección detallados. Tenga en cuenta que ningún operario revisa estos datos. El sistema de inspección completamente automatizado que implemento VRSI determina si la pieza es buena o mala sin intervención humana.

Incorporación al flujo de manufactura

“Una de nuestras prioridades era poder lograr el esquema de datos de acuerdo con la tolerancia y medición geométrica (GD&T) de la impresión”, explica Caudillo. “La ubicación de los puntos de datos en el ensamblaje es muy difícil de obtener, ya que se encuentran dentro del ensamblaje. Esto es algo que VRSI logró hacer sin problemas gracias al sistema Cobalt y el robot”.

Gestionar los requisitos de espacio del área de producción no es tarea fácil al diseñar un sistema de inspección del 100 %. “Dos de las cuatro características que debíamos medir se encontraban en espacios muy reducidos”, dice Asher. “Para medir todas las características, el Cobalt debía situarse en un ángulo muy específico. Entre el campo de visión del sensor y la articulación del robot, pudimos encontrar la posición adecuada para obtener esas características”.

Maximizar la flexibilidad del sistema para líneas de productos mixtas

Uno de los aspectos más difíciles de este proyecto era intentar determinar cuál sería la mejor manera de capturar todas las variaciones de posición de las entradas y salidas de estos ensamblajes. Las variaciones tenían ubicaciones específicas para las entradas y salidas; las ubicaciones de los puertos de entrada y de salida se determinaban con planos de coordenadas.

“El sensor Cobalt nos brindó mucha flexibilidad”, dice Asher. “El volumen del campo de visión del sensor Cobalt abarcaba todas las piezas, más allá de sus posiciones ligeramente diferentes. Aunque procesábamos diferentes piezas, desde el punto de vista de Cobalt, podíamos usar una sola posición para medir más de veinte configuraciones diferentes, en lugar de tener que configurar 20 posiciones diferentes para el robot”.

En otras palabras, el sistema puede obtener los datos en 50 a 60 variaciones con seis posiciones diferentes, en lugar de cientos de posiciones. Esta función ahorra tiempo, esfuerzo, y reduce la cantidad de rutinas que deberían programarse y la cantidad de ejecuciones de estas rutinas para capturas todos los datos necesarios.

En cada una de las posiciones, Cobalt reúne datos y crea una nube de puntos. Las nubes de puntos relacionadas se unen para formar un conjunto de datos completo para cada ensamblaje de emisiones. Para unir estas nubes de puntos con precisión, las posiciones del Cobalt se registran durante el proceso de configuración inicial. Esto se lograr usando un Faro Vantage Laser Tracker. “Por lo general, la calibración de un robot implica que se deben usar los datos del láser tracker para mejorar la precisión volumétrica del robot mediante la actualización de su modelo cinemático”, explica Kleemann. “No hicimos esto porque existen una cantidad baja de posiciones discretas. El Vantage laser tracker se usó en un inicio para registrar las posiciones del robot. Luego, el sistema de inspección usó la repetición del robot para mantener estas posiciones. Para esta aplicación, es una estrategia eficiente y rentable”.

“Desde el punto de vista del Cobalt, solo mide cuatro nubes de puntos arbitrarias. Luego, usamos un Faro Vantage Laser Tracker para registrar estas posiciones antes de que las piezas lleguen a la celda”, dice Asher. “De esa forma puede unirlas y lograr una descripción precisa de la pieza. “Este trabajo no sería posible sin el registro inicial con el láser tracker”, dice. “Es un paso obligado para el proceso”.

La situación de la automatización

La instalación de Dynacraft cuenta con 26 líneas de producción. 24 de ellas son prácticamente manuales, una es semimanual (cuenta con un operador y un robot). Luego, está la nueva línea de control de calidad.

“Este es el primer proyecto automatizado de nuestra planta”, indica Caudillo. “En nuestra planta se lleva a cabo mucho trabajo; por lo tanto, cuando encaramos este proyecto, queríamos hacer la transición de un proceso manual de mucho trabajo a uno completamente automatizado.

“El sistema es autosuficiente”, dice Caudillo. “No requiere la participación de ningún operario. El sistema determinará si la pieza es buena o mala, aprobada o no aprobada y enviará esa información al final de la línea para notificar a los operarios en el área de empaque. Si la pieza es buena, se procederá con el empaque. Si es mala, el sistema de VRSI cambiará ese ensamblaje manualmente a una estación de reprocesado, donde se modificará y se volverá a medir para verificar que sea buena. Luego, volverá al área de empaque para enviarse a nuestro cliente”.

“El sistema es autosuficiente. No requiere la participación de ningún operario. El sistema determinará si la pieza es buena o mala, aprobada o no aprobada y enviará esa información al final de la línea para notificar a los operarios en el área de empaque”. Ingeniero de Calidad de Producción de Dynacraft.

Minimizar el tiempo takt

Tal vez, la principal prioridad del proyecto era cumplir con el requisito de takt, o tiempo de ciclo. “65 segundos es el tiempo de ciclo o takt que tiene la línea para producir una pieza que pueda cumplir con la demanda de nuestro cliente”, dice Caudillo. “Estos 65 segundos nos permitirán construir aproximadamente entre 240 y 250 ensamblajes por día. Un tiempo superior implica que la línea no cumple con las demandas del cliente”.

La automatización eficiente de la introducción de materiales y la rutina de medición fue un factor muy importante al desarrollar un sistema que pudiera cumplir con el tiempo de ciclo. Otro factor clave para ahorrar tiempo fue el procesamiento interno del Cobalt, en el que la nube de puntos se calcula ahí mismo.

“El procesamiento interno del Cobalt facilitó enormemente el trabajo”, dice Asher. “Una vez que el Cobalt está configurado, esa nube de puntos se genera en un lapso de tres a cuatro segundos. Esta rapidez es muy importante, ya que le brinda más tiempo al robot para moverse. El robot no tiene que moverse a gran velocidad gracias a la flexibilidad del Cobalt.

Beneficio adicional

Ya sea que su proceso de control de calidad se base en muestras o sea una inspección del 100%, como la estación de inspección de VRSI, el principal objetivo es detectar las piezas defectuosas. Pero esto es solo el comienzo. El equipo de Dynacraft usa los “datos de piezas defectuosas” de una forma positiva.

“Sospechamos que había un problema con las piezas de proveedores”, admite Caudillo. “Tenemos una base de proveedores que produce diversas piezas para diferentes áreas de nuestra planta. Por lo general, si encontramos una pieza defectuosa en un área, encontramos piezas defectuosas del mismo fabricante en otra área. Este problema se hizo patente cuando comenzamos a usar el sistema de control estadístico de procesos (SPC) con datos de nuestra línea de inspección del 100%.

“Este sistema ahora nos permite correlacionar estos problemas con nuestra base de proveedores para ayudarlos a mejorar”, dice. “Cuando se los mencionamos, se mostraron muy receptivos, porque, de nuevo, ahora teníamos datos que evidenciaban los problemas existentes y les ofrecíamos nuestra ayuda para mejorar. Creo que esto no estaba en los planes de nadie antes de comenzar este proyecto. Creo que simplemente apareció. Así que lo aprovechamos”. Básicamente, el protocolo de inspección del 100% ayuda a los proveedores a mejorar sus propias organizaciones, ya que los controles de calidad son más estrictos.

Evaluar el proyecto

Después de cinco meses de usar el sistema en la producción regular, el equipo de Dynacraft tenía datos confiables y un buen conocimiento sobre las capacidades de su nuevo sistema de control de calidad. ¿Cuál fue su evaluación? “Estamos muy satisfechos”, reveló Caudillo. “Con nuestro plan de muestras, nuestros expertos de calidad podían capturar aproximadamente 25 unidades en un buen día con un turno de 8 horas. Esto quiere decir que la medición de cada ensamblaje llevaba entre 20 y 30 minutos. Por eso, cuando nuestros clientes pidieron una inspección del 100 %, nos quedamos pensando cómo íbamos a lograrlo. Sabíamos que la única solución posible debía ser durante el proceso, en la línea, para poder hacer lo que necesitábamos. Si tuviésemos que hacer lo mismo, pero con un proceso manual, deberíamos aumentar la cantidad de empleados del departamento de calidad a, por lo menos, cinco o seis empleados por turno, para poder capturar el tipo de datos que logramos ahora”. ¿Sería una estrategia rentable? “Para nada”, dice.

La diferencia de la inspección del 100%

Si bien actualmente la inspección del 100 % es más una excepción que una regla en la manufactura, se solicita cada vez con más frecuencia. En la industria aeroespacial y la de dispositivos médicos es la norma. Como los OEM buscan reducir factores de riesgo y los proveedores buscan diferenciarse de la competencia, este se considera un proceso de control de calidad de primer nivel.

“Dynacraft trabaja continuamente para mejorar la calidad de sus productos”, dice Caudillo. “En el panorama general, no solo cumplimos con la demanda de nuestro cliente (la inspección del 100 %), sino que además nos ayudamos a nosotros mismos. Gracias a este proceso específico, garantizamos que fabricamos productos de calidad el 100% de las veces”. Se puede resumir de la siguiente manera: “El mensaje de la inspección del 100% es que todo lo que producimos y entregamos cumple con las exigencias del cliente”.

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