Le brochure mettono in primo piano i megapixel e i pezzi al minuto. Nessuno dei due parametri regge alla prova della linea di produzione. Nel settore degli elementi di fissaggio, dei connettori e dei prodotti in gomma stampata, la resa viene stabilita prima dell’ordine di acquisto, quando viene accettato un valore di risoluzione senza conversione in micron.
Scegliere una macchina di selezione ottica significa classificare nove specifiche in base alla loro influenza sulla resa: risoluzione in micron per pixel, numero di telecamere e copertura visiva, illuminazione, architettura di alimentazione, produttività a carico pieno, precisione suddivisa in “sfuggiti” e “falsi scarti”, prestazioni di espulsione, software e cambio formato, e stabilità meccanica. Le prime quattro determinano ciò che la macchina è in grado di vedere, le tre successive determinano come agisce in base a ciò che vede, mentre le ultime due determinano se la macchina riuscirà a resistere per un anno di produzione.
Le sezioni che seguono rispettano l’ordine in cui tali decisioni dovrebbero essere prese, poiché un errore commesso in fase di risoluzione non può essere corretto con un aggiornamento successivo.
1. Risoluzione ottica: micron per pixel, non megapixel
La risoluzione deve essere espressa come l'area fisica coperta da un pixel sulla superficie del pezzo, tenendo presente che il difetto più piccolo da rilevare deve estendersi su almeno tre pixel e che qualsiasi dimensione da misurare deve estendersi su cinque o più pixel.
L’equivalente in pixel è pari alla larghezza del campo divisa per il numero di pixel orizzontali. Un sensore da cinque megapixel con 2448 pixel orizzontali che riprende un campo di 24 mm offre circa 9,8 micron per pixel, sufficienti per rilevare difetti di circa 30 micron e misurarne di circa 50. Lo stesso sensore su un campo visivo di 60 mm offre 24,5 micron per pixel e non rileva alcun difetto inferiore a circa 75 micron.
| Dimensione del difetto da rilevare | Risoluzione e hardware compatibile |
| 100 micron e oltre, come ad esempio i pezzi misti | Sensore da 2 MP, campo visivo ampio, obiettivo a focale fissa |
| Da 30 a 50 micron, come bave e spazi vuoti nella placcatura | Sensore da 5 MP, campo visivo inferiore a 25 mm, bassa distorsione |
| Da 10 a 20 micron, come le sbavature sui terminali da 0,1 mm | Sensore da 12 MP o ottica telecentrica, campo inferiore a 10 mm |
| Inferiore a 10 micron | Stazioni a campo ristretto, ottiche telecentriche, telaio isolato |
Partite dal difetto e procedete a ritroso: moltiplicate per tre la sua dimensione minima e dividete il risultato per il campo visivo più ampio consentito dal pezzo. La lavorazione non può recuperare dettagli che l’ottica non ha mai rilevato, quindi restringere il campo visivo e l’attrezzaggio offre un vantaggio maggiore rispetto all’utilizzo di un sensore più grande. Il controllo dimensionale richiede ottiche telecentriche; l’ispezione superficiale tollera un obiettivo con una distorsione inferiore allo 0,1%.
2. Numero di telecamere e copertura visiva
Il numero di telecamere dipende dalle superfici che presentano difetti, non dall’obiettivo di produttività, e l’errore più comune è quello di una macchina che riprende perfettamente la faccia superiore senza mai rilevare il fianco della filettatura, la parte inferiore della testa di una vite o il bordo tagliato di un contatto stampato.
Ombreggiate ogni superficie su cui sia mai stato rilevato un difetto, poi chiedetevi quali di esse siano visibili a una singola telecamera in un unico orientamento. Un pezzo appoggiato su un disco di vetro mostra una sola faccia; un pezzo che rotola davanti a una lente mostra una combinazione imprevedibile. Quattro telecamere che riprendono un pezzo rotante in quattro momenti diversi descrivono quattro pezzi diversi.
| Tipo di parte | I punti di vista che determinano l'accettazione |
| Viti, bulloni e dadi | Parte superiore della testa, parte inferiore della testa, fianco della filettatura, punta, un taglio obliquo per la curvatura |
| Contatti e terminali stampati | Parte superiore, parte inferiore, entrambi i bordi laterali, bordo di taglio dove si formano le bave |
| Guarnizioni in gomma stampata e O-ring | Diametro esterno, diametro interno, entrambe le facce di tenuta |
| Alloggiamenti stampati a iniezione | Parte superiore, parte inferiore, quattro pareti laterali, segni sul lato della cavità |
| Componenti in cristallo e vetro | Sagoma trasmessa più due viste riflettenti |
Piattaforme nel Macchina di smistamento ottico Le diverse categorie si distinguono meno per il numero di sensori che presentano e più per il numero di viste che possono visualizzare contemporaneamente, mantenendo stabile il pezzo. I fori e le radici delle filettature richiedono solitamente una stazione allineata all’asse, poiché nessun angolo obliquo raggiunge il fondo di un foro.
3. Progettazione dell'illuminazione
L'illuminazione è l'unico parametro che determina il contrasto, e un difetto privo di contrasto sotto la luce scelta non può essere individuato da alcun algoritmo; pertanto, i campioni devono essere illuminati ed esaminati prima che la risoluzione venga definita.
È la geometria, non la luminosità, a fare la differenza. La luce coassiale rimbalza sulle superfici piatte e speculari, trasformando un’ammaccatura in una macchia scura. Una cupola appiattisce i riflessi che nascondono i fori di foratura nella plastica nera. Il campo oscuro a basso angolo sfiora la superficie, facendo risaltare le sbavature mentre la superficie piana rimane scura. La retroilluminazione lascia una silhouette eccellente per valutare le dimensioni ma inutile per individuare i graffi, mentre i polarizzatori incrociati eliminano il riverbero riflesso dai pezzi lavorati.
| Materiale e difetto | Una geometria della luce che di solito funziona |
| Metallo lavorato o placcato, graffi e sbavature | Campo oscuro a basso angolo, polarizzazione incrociata, un riempimento |
| Plastica stampata di colore scuro, colate corte e segni di flusso | Diffusione a cupola con riempimento ad angolo elevato nelle cavità |
| Gomma trasparente e silicone | Retroilluminazione per i bordi, coassiale per la contaminazione |
| Vetro e cristallo, schegge e bolle | Campo oscuro per i frammenti, luce trasmessa per le inclusioni |
| Assemblaggio con un componente mancante | Anello coassiale in due colori, in modo che la sfumatura cambi tonalità |
A poche centinaia di pezzi al minuto, il tempo di esposizione è di alcune decine di microsecondi, quindi la luce deve essere emessa a impulsi in sincronia con il segnale di attivazione. L’emissione continua riscalda l’alloggiamento e un decimo di millimetro di crescita smussa un bordo di 10 micron.
4. Meccanismo di alimentazione e movimentazione dei componenti
L'architettura di alimentazione determina quali geometrie dei pezzi la macchina è in grado di gestire, in che misura contribuisce a causare danni durante la movimentazione e quanto tempo richiede un cambio di produzione; per questo motivo deve essere definita nelle specifiche prima ancora di discutere della velocità del trasportatore.
I componenti sciolti devono essere separati, orientati e mantenuti fermi abbastanza a lungo da poter essere ripresi da diverse angolazioni. Un piatto girevole in vetro trasporta i componenti su un disco trasparente, in modo che le telecamere superiore e inferiore riprendano la stessa superficie, con la delicatezza necessaria per le filettature placcate. Una piastra di indicizzazione posiziona ogni pezzo in una sede lavorata, garantendo la ripetibilità per le operazioni di misurazione dimensionale. Un nastro trasporta i pezzi piatti in modo continuo, ma offre un solo lato di osservazione dominante, mentre un trasportatore vibrante alimenta i pezzi più piccoli più rapidamente, con il minimo controllo dell’orientamento.
| Architettura di alimentazione | Ottimizzazione e compromessi |
| Piattaforma girevole in vetro | Parti di dimensioni inferiori a circa 30 mm, manipolazione delicata, copertura del bordo; graffi sul disco |
| Piastra di indicizzazione | Tasca fissa per un orientamento ripetibile; attrezzature specifiche per ogni codice articolo |
| Nastro trasportatore | Parti piatte o allungate, flusso in linea; debole sui lati e sul lato inferiore |
| Cingolo vibrante | Pezzi molto piccoli ad alta velocità, costo minimo; la sovrapposizione causa falsi scarti |
Un pezzo privo di una superficie di appoggio stabile richiede un alloggiamento su misura piuttosto che una macchina diversa, e tale attrezzatura dovrebbe essere inclusa nel preventivo insieme all'apparecchiatura. Una piattaforma come la Macchina di smistamento ottico a tavola rotante in vetro È adatto a pezzi le cui due facce e il diametro esterno devono essere controllati in un unico passaggio. L'usura degli utensili è impercettibile: un'usura della tasca pari a 0,05 mm fa uscire il pezzo dalla profondità di campo.
5. Portata a pieno carico, non velocità nominale
La velocità nominale viene misurata con un singolo elemento di ispezione su un flusso di campioni pulito, mentre il dato che determina la pianificazione è la produttività di carico, misurata mentre tutti gli elementi sono attivi e gli scarti vengono espulsi.
A 600 pezzi al minuto, ogni pezzo dispone di 100 millisecondi, e tale tempo a disposizione deve coprire il trasferimento, l’acquisizione su tutte le viste, l’elaborazione, la fusione delle decisioni, la programmazione dell’espulsore e la conferma che il pezzo scartato abbia lasciato il flusso. Una macchina che raggiunge i 1.200 pezzi al minuto durante un controllo di presenza può trattenerne 500 una volta che i controlli relativi a dieci parametri dimensionali e di aspetto vengono eseguiti su un’immagine da 12 megapixel.
| Elemento relativo al tempo di ciclo | Contributo tipico a 600 pezzi al minuto |
| Trasferisci, regola e attiva | Da 25 a 35 ms per stazione |
| Acquisizione in quattro viste | da 15 a 25 ms |
| Elaborazione per vista | da 8 a 20 ms |
| Fusione delle decisioni e programmazione dei rifiuti | da 3 a 8 ms |
| Conferma dell'espulsione e della partenza | da 5 a 10 ms |
Se il totale per stazione supera il ciclo disponibile, la linea necessita di una stazione parallela, di un numero inferiore di articoli nella ricetta più veloce o di un campo più piccolo. Richiedere i dati caricati con l'indicazione del tasso di scarto e confrontare il risultato con la stazione più lenta a monte.
6. Indicatori di accuratezza che superano una verifica
Non è possibile accettare un unico dato relativo alla precisione, poiché esso nasconde i due errori che comportano costi: i difetti che sfuggono al controllo e finiscono al cliente e i pezzi conformi scartati e finiti nei rifiuti; pertanto, il tasso di sfuggito, il tasso di falso scarto e il rapporto di trascinamento dovrebbero essere specificati separatamente, ciascuno con il proprio metodo di campionamento.
Ciò che conta non è la percentuale di immagini classificate correttamente in un set di laboratorio, bensì il numero di pezzi difettosi che finiscono nel contenitore dei pezzi conformi durante un turno, e tale numero dipende dalla gravità del difetto, dall’orientamento e dalla stabilità dell’illuminazione.
| Metrico | Definizione e come verificarla |
| Tasso di fuga | Difetti non rilevati divisi per difetti presenti; lotto da 200 a 500 pezzi |
| Tasso di falsi rifiuti | Pezzi conformi scartati divisi per pezzi conformi presentati, in tempo reale |
| Rapporto di riporto | Pezzi conformi espulsi per ogni pezzo difettoso espulso; ciò comporta una perdita di materiale |
| Ripetibilità | Trenta passaggi di una parte devono dare risultati identici |
| Ripetibilità della misurazione | Misurazioni ripetute rispetto a un riferimento, man mano che la tolleranza si esaurisce |
Il campionamento di accettazione dovrebbe seguire uno schema riconosciuto piuttosto che un ragionamento. Il sistema AQL in ISO 2859-1 fornisce piani lotto per lotto indicizzati in base al limite di qualità di accettazione, trasformando un tasso di scarti concordato in soglie che entrambe le parti possono applicare ai lotti spediti. Nei programmi in cui una sola sbavatura non rilevata blocca una linea di produzione del cliente, vengono aggiunte classi di gravità con limiti distinti, come applicato in questo Soluzione di smistamento ottico dei dispositivi di fissaggio per autoveicoli. Aumentando la sensibilità si riducono le sfuggite e aumentano i falsi scarti, quindi il giusto equilibrio dipende dal costo dei difetti a valle.
7. Sistema di espulsione: densità degli ugelli, tempo di risposta, fabbisogno d'aria
Le prestazioni di espulsione determinano se una decisione corretta si traduce in un’azione corretta; pertanto, tali prestazioni dovrebbero essere specificate in termini di distanza tra gli ugelli rispetto al passo del pezzo, tempo di risposta della valvola e consumo d’aria costante alla frequenza di ciclo effettiva.
Una macchina può classificare correttamente ogni pezzo e tuttavia spedire pezzi difettosi se il getto viene erogato in ritardo, fuori bersaglio o non viene erogato affatto. Gli ugelli distanziati di 10 mm non sono in grado di isolare un pezzo di 4 mm senza interferire con quelli adiacenti. Un ritardo di 10 millisecondi su un pezzo che si muove a 300 mm al secondo si traduce in un errore di posizionamento di 3 mm, e il consumo d’aria costante determina se il compressore esistente è in grado di alimentare la macchina.
| Parametro di espulsione | Cosa chiedere e perché è importante |
| Passo e numero degli ugelli | Distanza rispetto al passo della parte più piccola; se è troppo ampia, non viene rilevato il vicino |
| Tempo di risposta della valvola | Le valvole lente causano una diffusione della finestra di scarto alla velocità di linea |
| Consumo d'aria costante | Metri cubi al minuto, compreso il tasso di scarti, non il valore di picco |
| Qualità dell'aria | Filtrazione di acqua e olio; la contaminazione blocca le valvole |
| Conferma di partenza | Un sensore rileva lo scarto a sinistra, quindi un ugello ostruito non può passare inosservato |
8. Software, ricette e cambio di produzione
È il software a determinare la velocità con cui una ricetta convalidata può essere riprodotta nel turno successivo e per il codice articolo successivo; pertanto, i tempi di cambio formato, la gestione delle versioni delle ricette e l’esportazione dei dati devono essere inclusi nelle specifiche insieme alle funzioni di rilevamento.
Le funzionalità di rilevamento sono evidenti in una dimostrazione; la disciplina delle ricette invece no, ed è proprio questa che distingue una macchina che opera a capacità convalidata da una che dipende da un singolo operatore esperto. Una ricetta dovrebbe includere l’illuminazione per canale, l’esposizione, le aree di interesse, le soglie, il ritardo di espulsione e l’elenco degli articoli, e dovrebbe essere soggetta a controllo delle versioni in modo da poter tracciare il cambio del turno di notte. Richiedete una transizione misurata e verificate che una ricetta collaudata possa essere copiata su una seconda macchina.
L'output dei dati è parte integrante del processo di collaudo ogniqualvolta il cliente verifichi il processo e non solo il prodotto. La macchina dovrebbe disporre di un'interfaccia documentata, con segnali di handshake per l'avvio e l'arresto e un protocollo standard per dati più dettagliati. OPC UA, gestito dal Fondazione OPC, rappresenta la via d'accesso più diffusa ai sistemi di supervisione, mentre EtherNet/IP, PROFINET e Modbus TCP coprono i collegamenti con i controllori.
9. Stabilità meccanica, ambiente e accesso per la manutenzione
La stabilità meccanica determina se la precisione misurata al momento della messa in servizio resiste alle variazioni termiche, alle vibrazioni provenienti dalle presse vicine e a un anno di produzione; pertanto, la rigidità del telaio, l’isolamento e l’accessibilità per la calibrazione devono rientrare nelle stesse specifiche dell’ottica.
Un telaio che si flette di pochi micron tra le ottiche e il pezzo compromette la ripetibilità, e l’unico sintomo è un tasso di scarti che varia nel tempo. A 0,01 mm e inferiori, una base in fusione o in granito è una scelta dettata dalla rigidità e richiede l’isolamento dalle presse di stampaggio, poiché una pressa a cinquanta metri di distanza può sfocare un bordo di 5 micron. Un’officina con temperature che oscillano tra i 12 e i 35 gradi Celsius altera la messa a fuoco su qualsiasi macchina che non disponga di un sistema di compensazione; pertanto, un intervallo dichiarato di 20 gradi più o meno 5 è realistico.
L’accesso alla manutenzione è l’aspetto meno affascinante, ma è proprio quello che determina la resa a lungo termine. Le lenti devono essere pulite secondo una pianificazione basata sui turni, la calibrazione richiede un campione di riferimento e gli ugelli devono essere ispezionati a intervalli legati alle ore di funzionamento. Chiedete informazioni sul tempo medio di riparazione, sui tempi di consegna dei pezzi di ricambio e sulla diagnostica remota, perché una macchina che rimane ferma per tre settimane in attesa di un modulo fotocamera non produce alcun rendimento.
10. Come verificare tutte e nove le specifiche prima di firmare
Per "verifica" si intende eseguire i propri test sui componenti, con tutte le voci di ispezione attivate, sulla configurazione esatta oggetto del preventivo, e riportare i risultati nella clausola di accettazione come valori misurati anziché come valori di catalogo.
È in fase di collaudo di accettazione che una specifica diventa vincolante. Inviare tre lotti di produzione di almeno 500 pezzi ciascuno, in cui siano presenti tutti i tipi di difetto nelle classi di gravità che si intende controllare, e richiedere il conteggio dei difetti sfuggiti al controllo e dei falsi scarti per ciascun tipo.
| Test di accettazione | Cosa registrare |
| Insieme di campioni | Tre lotti da 500 pezzi ciascuno con difetti intrinseci |
| Velocità con carico | Valori costanti in parti al minuto per 30 minuti, tasso di scarto indicato |
| Escape e falso rifiuto | Conteggiati per tipo di difetto, mai aggregati |
| Ripetibilità | Trenta passaggi di una parte con verdetti identici |
| Cambio di produzione | Sostituzione programmata, comprensiva del caricamento della ricetta e del controllo del primo articolo |
| Documentazione | Immagini dei difetti, copia di sicurezza delle ricette, certificato di calibrazione, elenco dei ricambi |
È opportuno valutare i costi nell’arco del periodo di ammortamento piuttosto che sulla base della fattura. La sostituzione della manodopera è facile da quantificare, con un numero compreso tra due e quattro ispettori per turno, mentre il recupero della resa derivante da un minor numero di scarti errati è spesso più consistente e più difficile da quantificare. È comune un periodo di ammortamento compreso tra 12 e 30 mesi, e le applicazioni nel Soluzione di selezione ottica per l'industria dei semiconduttori area giustificano costi di capitale più elevati solo grazie ai costi di fuga.
FAQ
Le tre domande riportate di seguito riguardano gli aspetti che gli acquirenti approfondiscono per ultimi: cosa non riesce a rilevare l’ottica, in che modo questa apparecchiatura si differenzia dall’ispezione a livello di scheda e quanto tempo occorre per l’immissione sul mercato di un nuovo codice articolo.
Una macchina per la selezione ottica è in grado di rilevare difetti sotto la superficie?
No. L’imaging si basa sulla luce riflessa dal pezzo o trasmessa attraverso di esso, pertanto vuoti interni, inclusioni, crepe che non raggiungono mai la superficie e variazioni di durezza rimangono invisibili a qualsiasi risoluzione. Per individuare tali anomalie sono necessari la radiografia, i controlli a ultrasuoni o a correnti parassite, il che comporta una seconda fase di ispezione commisurata al rischio. Se un disegno tecnico indica la porosità interna come criterio di scarto, assegnarla a un’altra fase del processo.
Qual è la differenza tra una macchina di selezione ottica e un sistema AOI?
L'ispezione ottica automatizzata acquisisce immagini delle schede mantenute in posizione fissa, verificandone il posizionamento, la polarità e i giunti di saldatura rispetto a un riferimento e, di norma, si limita a segnalare gli errori anziché eliminare i pezzi difettosi. Una macchina di smistamento ottico gestisce componenti sfusi in grandi quantità, li separa e li orienta meccanicamente, ispeziona diverse facce alla velocità di produzione ed espelle i pezzi scartati. Le immagini si sovrappongono; la gestione e l’economia della produttività, invece, no.
Quanto tempo occorre per convalidare un nuovo codice articolo?
Per un componente compatibile con una piattaforma e gli stampi esistenti, occorrono da una a tre settimane: da due a cinque giorni per il test su campione, seguito dalla creazione della ricetta, dall’approvazione del primo articolo e da una prova di capacità. Un componente che richiede nuove cavità o un angolo di visione aggiuntivo richiede da quattro a sei settimane, la maggior parte delle quali dedicate alla produzione degli stampi. Le stazioni di riserva e un modello di ricetta documentato accorciano i tempi di ogni versione successiva.