Los fabricantes de equipos originales utilizan cada vez más técnicas de metrología óptica en células robóticas plenamente automatizadas gracias al desarrollo de varias capacidad técnicas esenciales
La última planta de Volkswagen en Wrzesnia, Polonia, ha implementado en profundidad el uso de los sistemas de inspección visual en el control de calidad. Lo confirma Sebastian Reiss, ingeniero sénior de aplicaciones del proveedor de sistemas visuales GOM, que ha implementado esta tecnología en la sala de metrología off-line de la planta.
Reiss apunta que la instalación utiliza tres células de doble robot capaces de escanear carrocerías de vehículo completas con el sistema de escaneado de GOM, ATOS ScanBox Series 8; dos células robóticas que utilizan las máquinas de medición óptica ScanBox 6130 para su uso en piezas más pequeñas como puertas montadas en mesas de inspección rotativas; y varios sistemas manuales ATOS para examinar piezas pequeñas.
Punta de aplicación de la tecnología Los cinco ScanBox utilizan el sensor triple de escaneado de la empresa, ofrecen datos de medición tridimensional y análisis de los componentes industriales, tales como piezas metálicas, herramientas y moldes. Se trata del mismo proceso que con las unidades manuales.
Este nivel de inspección óptica, comenta Reiss, representa la “punta” de la aplicación de la tecnología y representa la “aceptación plena” de las técnicas ópticas sobre las de contacto. Reiss estima que entorno al 80% de las rutinas de inspección se realizan mediante técnicas ópticas.
“Todas las dimensiones funcionales” de las carrocerías y piezas en las células se inspeccionan de esta manera. Pero el sistema tiene todavía mucho potencial y cuando la planta esté completamente renovada el objetivo no es solo realizar el control estadístico de procesos (SPC, statistical process control) sino realizar también la medición de toda la carrocería para realizar un "proceso de optimización" integral.
Behring dice que el aumento de la aplicación de estos sistemas ha hecho posible el desarrollo continuado de diversas capacidades técnicas esenciales. Identifica dos en concreto. La primera es sencillamente el aumento de la precisión en la medición de piezas de lámina metálica. En Wrzesnia, por ejemplo, están trabajando con tolerancias “inferiores a 0,15 mm”. La segunda es el aumento en la velocidad con la que los sistemas ópticos se pueden programar para medir piezas específicas en comparación con los sistemas de contacto.
Respecto a esta segunda capacidad, Behring comenta que en un vehículo como el Crafter (construido en Wrzesnia) la programación de un CMM de contacto para realizar una inspección completa de carrocería bruta “puede tardar fácilmente una semana”. En sus propias palabras: “Debes determinar todos puntos que se medirán y debes enseñar al sistema a dirigir la sonda a estos puntos". Con un sistema óptico moderno como el de Wrzesnia este proceso se puede reducir a tan solo un día, gracias a su capacidad de no contacto y a la capacidad de "auto-aprendizaje" que calcula cómo debe posicionarse el sensor. “Es mucho más fácil programarlo y utilizarlo", declara. “Es un proceso automático que no requiere operarios”.
Estructura completa para mediciones en serie Dirk Rieckmann, director de análisis de sistemas de calidad de VW en la planta, confirma la función vanguardista de la planta de Wrzesnia en el uso de VW de técnicas de inspección óptica. Esta es la primera vez que la empresa ha integrado desde el inicio este grado de aplicación y asegura que: “Hay sistemas ópticos en otras plantas, pero solo para el análisis. Wrzesnia representa la primera vez que se ha creado una estructura completa para mediciones en serie".
"[Un sistema óptico moderno] es mucho más rápido tanto en la programación como en el uso [que un CMM de contacto]. Es un proceso automático que no requiere operarios” - Dirk Behring, GOM
Estas técnicas, según Rieckmann, solo se utilizan para las mediciones dimensionales", e incluyen las piezas externas, los ensamblados de láminas metálicas y el vehículo terminado. Sin embargo, no se aplican en el tren de potencia. La principal ventaja es que VW obtiene mediciones “más completas” que permiten una perspectiva “de las piezas adyacentes y las geometrías”. En un nivel más extenso, sin embargo, destaca que una particularidad de la planta de Wrzesnia es el gran rango de vehículos que produce. En este contexto, el uso de técnicas ópticas “facilita la comprobación y comparación de todas las geometrías offline”. Así “podemos ver qué sucede durante el proceso". Este nuevo nivel de aplicación de la tecnología proporciona a la empresa un nivel de información superior que permite una corrección de errores más rápida. Comenta que es “un paso adelante hacia el futuro".
Mientras tanto, el proveedor de sistemas de metrología Hexagon Manufacturing Intelligence lleva años colaborando con el proveedores de robots Comau para desarrollar lo que describen como “una aplicación innovadora para detectar cuotas en carrocerías y otras piezas con la ayuda de la tecnología robótica”. El sistema utilizado se basa en un sensor de fotogrametría aplicado a un robot que opera directamente en la línea de producción y representa un nuevo desarrollo en la aplicación de la fotogrametría en el sector.
Según Levio Valetti, director de marketing de Hexagon en Italia, el proyecto ha generado un sistema con capacidad de generar resultados mucho más rápido que antes, con una precisión extrema durante la medición durante la producción de láminas metálicas y carrocería. Nos explica que hasta el momento las empresas podían realizar la comprobación de calidad y las mediciones en carrocerías, paneles y piezas de dos maneras. La primera es mediante herramientas manuales como calibres o a mayor escala, en túneles de medición donde se colocan los sistemas de visión.
Alternativamente, para realizar mediciones más precisas se utilizan dos máquinas de medición de brazo horizontal en cada lado de la línea de las carrocerías, que pueden funcionar mediante contacto o no, en el segundo caso habitualmente con tecnología láser. Sin embargo, estás técnicas tienen las mismas desventajas, las fases de control y medición son demasiado lentas para mantener el ritmo de la línea en la producción de automóviles.
Plataforma robótica para sistema de visión Valetti comenta que las líneas de elevada frecuencia de la industria del automóvil no pueden cumplir con los 30-45 minutos que se necesitan para el control de calidad y la rutina de medición de una máquina con brazo horizontal. Por lo tanto, para cumplir con estos requisitos, Hexagon decidió explotar el potencial de la robótica y recurrió a Comau para colaborar en este proyecto. Según destaca Valetti: “Ya se utilizan robots en soldadura, manipulación, pintura y en otras fases de trabajo. ¿Por qué no utilizarlos en el control de calidad?”
Hexagon y Comau colaboraron por lo tanto para crear lo que consideran la solución óptima para los productores de paneles de automóvil, carrocerías de acero, piezas y componentes gracias al nivel de las tecnologías implicadas. La solución utiliza un sistema de luz blanca que mediante un sensor toma fotos en 3D, de 500 mm por cada lado, con la ayuda de tres lentes. El sistema permite obtener imágenes en 3D muy precisas de objetos mediante la proyección de una matriz de luz estructurada. La imagen pixelada se transforma luego en una nube de millones de puntos. La compilación de varias tomas permite al sistema reproducir la geometría del objeto de manera precisa y fiable para comparar las superficie con el modelo CAD correspondiente, evaluar las divergencias y aprobar o rechazar el objeto después de la fase de control.
La velocidad del robot es crítica en esta fase. "La máquina se mueve rápidamente de un punto a otro de la trayectoria necesaria para capturar todas las imágenes para la reconstrucción del objeto. Permite recopilar una cantidad ingente de datos en tan solo unos momentos y el computador que recibe los datos puede excluir los datos redundantes o las imágenes innecesarias y reconstruir la pieza rápidamente y con precisión", comenta Valetti. El sistema, explica, es capaz de verificar la forma y dimensiones de la superficie, los elementos geométricos y las tolerancias, aunque todavía no realiza una verificación de acabado de superficie.
"Las características esenciales que deben verificarse en la línea de montaje de una carrocería se miden en dos minutos, lo que permite cumplir con los tiempos de ciclo estándares en una línea de ensamblado" - Levio Valetti, Hexagon Manufacturing Intelligence
Por cada ciclo de medición, comenta Valetti "se debe recalibrar el sistema de sensor/robot con dispositivos de referencia que se han colocado anteriormente en la estación de medición y en combinación con otros colocados en la carrocería. De esta manera el sistema se adapta y reinicia con cada nueva carrocería, lo que evita el riesgo de una imagen imprecisa y por lo tanto una medición imprecisa". Añade que el tiempo de exposición de las cámaras es de una centésima de segundo, una décima parte que los demás sistemas disponibles comercialmente. “Esto evita el riesgo de desenfoque y genera una nube de puntos de gran calidad", asegura.
Valetti asegura que el motivo principal para utilizar la robótica es que facilita el transporte del sensor a posiciones que anteriormente eran imposibles de alcanzar. Los robots por sí mismos no pueden garantizar una precisión suficiente. “Los requisitos de precisión en la verificación de carrocerías son muy superiores a la capacidad de posicionamiento de los robots estándar", asegura. “Por lo tanto, el principal desarrollo tecnológico reside en la capacidad del sistema de recalibrar constantemente la referencia general sensor-robot para alcanzar una precisión adecuada”.
Lo que no se requiere son robots personalizados. “Se puede utilizar un robot articulado estándar para esta aplicación, naturalmente según la carga de trabajo y el alcance necesarios en la línea", confirma. Valetti también destaca que el sistema satisface todos los criterios básicos para mantener el ritmo en las velocidades de línea estándares en el sector. “Los tiempos de ciclo son una de las características que deben verificarse", comenta. "Las características esenciales que deben verificarse en la línea de montaje de una carrocería se miden en dos minutos, lo que permite cumplir con los tiempos de ciclo estándares en una línea de ensamblado".
El sistema de Comau y Hexagon ofrece la reproducción de un objeto con una nube de puntos de diversos colores que indica las áreas de incumplimientoAdemás, el sistema se está empezando a aplicar en la industria automotriz. “Ya hay dos constructores principales en Europa que utilizan el sistema en Europa y en la fase final de montaje en EEUU", confirma Valetti. “También hay proveedores de primer nivel involucrados". Asegura que ha sustituido a las sondas táctiles y a algunas técnicas de escaneado láser y que puede trabajar con carrocerías en bruto, vehículos terminados y sub-ensamblados. Una de las marcas involucradas en su implementación inicial es el grupo Fiat. Hasta ahora no disponen de datos comparativos detallados sobre la efectividad del sistema, aunque Valetti indica que ya se está trabajando en ello.
Valetti también destaca que el sistema es “totalmente transparente” para la automatización de la línea de ensamblado, que hay una “interacción directa entre el control del robot y el sistema de medición" y que no hay problemas de integración. Esto se debe en parte al uso del sistema del protocolo de comunicación Powerlink basado en Ethernet, que permite transmitir a través de un único puerto los datos de movimiento y seguridad.
Sin embargo, Valetti confirma que se continúa trabajando en el desarrollo de la fiabilidad del sistema, la precisión y las funciones de informe: “A medida que mejora esta tecnología y alcanza su funcionalidad plena, no ha limitaciones geográficas, ya que las aplicaciones se pueden extender a cualquier componente de forma libre y tamaño medio-grande donde se requiera un control rápido y preciso”.
