Sistema automatizzato per il test di complesse caratteristiche. meccaniche di pezzi di piccole dimensioni (R. Basagni1, V.

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Oliviero Pesce
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1 Sistema automatizzato per il test di complesse caratteristiche meccaniche di pezzi di piccole dimensioni (R. Basagni1, V. De Soccio1, A. Frullone2, F.M. Sacerdoti2) 1 Cofren Srl, 2 e-voluzione Srl La sfida: Realizzare un sistema automatizzato per l analisi di complessi parametri qualitativi e dimensionali di componenti di sistemi frenanti per il settore ferroviario con accuratezza di 100 µm in un tempo inferiore ai 5 secondi/pezzo. La soluzione: Utilizzando NI LabVIEW, NI Vision, due telecamere digitali industriali e due laser scanner, si è potuto realizzare un sistema che permette l analisi completa di un DUT in circa 3 secondi minimizzando i tempi di sviluppo e ottimizzando il risultato.

2 Abstract: Il sistema sviluppato ha risposto all esigenza del cliente di applicare un analisi approfondita su ogni singolo pezzo prodotto in un tempo molto ridotto. Tramite l utilizzo di telecamere digitali industriali, laser scanner e software National Instruments (LabVIEW e Vision), si è potuto implementare un sistema di controllo della qualità della produzione, sostituendo macchinose procedure manuali per la valutazione di difetti dimensionali dell ordine di 100 µm, che richiedevano anche qualche minuto per essere espletate, e quindi da realizzare a campione, con una procedura automatizzata inserita direttamente nella linea di produzione. Descrizione: CoFren è un azienda leader nella fornitura di materiali di attrito, sulla base di un esperienza pluridecennale. Produce prodotti frenanti per applicazioni ferroviarie ad alta e bassa velocità. Dal 2005, CoFren fa parte del gruppo Wabtec. La Wabtec corporation è un fornitore globale di prodotti, servizi e sistemi per l'industria ferroviaria. Questo gruppo, attraverso le sue controllate, ha circa 50 impianti produttivi, centri di servizi e uffici commerciali negli Stati Uniti, Canada, Messico, Europa, Asia, Africa, Australia e Sud America. La CoFren è produttore di suole organiche utilizzate per le applicazioni a bassa velocità sulle locomotive e sui vagoni merci, pattini sinterizzati utilizzati per applicazioni ad alta e bassa velocità, pattini organici utilizzati sulle vetture passeggeri per applicazioni a media velocità, pattini sinterizzati per applicazioni industriali utilizzati su generatori eolici. Una delle caratteristiche distintive della CoFren è la notevole attenzione che, quotidianamente, viene riposte nell acronimo I. R. S.: Innovazione, Ricerca, Sviluppo. La crescente competitività a livello globale, uniti alle richieste sempre più esigenti di prodotti performanti, sicuri e rispettosi dell ambiente ha spinto l azienda a dedicarsi ad una continua innovazione tecnologica. Per questo motivo, sono stati concentrati notevoli investimenti per la realizzazione di avanzati laboratori di ricerca, quali: Un laboratorio di ricerca meccanica: concepito per lo studio delle proprietà fisiche e meccaniche dei prodotti; Un laboratorio di ricerca chimica: concepito per lo studio delle proprietà chimiche e tribologiche dei prodotti; Un Centro Testing: progettato per testare le performance e la durata delle guarnizioni di attrito.

3 Per tale motivo, CoFren vanta una posizione di leadership nella progettazione, realizzazione e fornitura di prodotti frenanti per il settore ferroviario. Questa posizione di prestigio è stata raggiunta offrendo ai clienti i più elevati standard di Qualità e Innovazione, ponendo la massima attenzione alla Sicurezza, alla Salute (comune ed individuale) e al rispetto per l Ambiente. E proprio nell ottica del raggiungimento di elevatissimi standard di Qualità si pone l affidamento ad e-voluzione di F.M. Sacerdoti, dell applicazione che qui si descrive, applicata a prodotti sinterizzati. Il processo di produzione tramite sinterizzazione prevede tre fasi principali: Lo stampaggio del pezzo La cottura in forno ad una temperatura di poco inferiore alla temperatura di fusione La calibrazione mediante pressa Durante ognuna di queste tre fasi possono essere introdotti dei difetti di produzione, di natura diversa, e si rende necessario mantenere sotto controllo la qualità della produzione per raggiungere gli elevatissimi standard di affidabilità richiesti dal settore. Il processo di valutazione della qualità della produzione era precedentemente basato su controlli a campione sui lotti di produzione. Il processo consisteva di due fasi: un esame visivo dei parametri qualitativi della produzione per escludere la presenza di ammaccature del materiale di attrito, graffi, spaccature, presenza di interstizi tra materiale di attrito e supporto metallico, bruciature dovute al processo di cottura in forno del materiale sinterizzato ed altri difetti macroscopici un esame con ingranditore ottico per valutare la conformità ai disegni delle dimensioni di tutte le caratteristiche del particolare Il tempo necessario ad esaminare con l ingranditore ottico era tale da non poter applicare questa metodologia diagnostica all intera produzione, ma solo a campioni prelevati dai vari lotti. Essendosi successivamente manifestata l esigenza di garantire un livello di qualità ottimale sulla totalità dei pezzi prodotti, l azienda CoFren ha deciso di investire in sistemi di visione artificiale che permettessero da un lato un controllo totale del processo produttivo e dall altro la possibilità di effettuare i controlli di qualità automaticamente ed in linea, senza fermare o rallentare il processo produttivo. La sfida quindi era completamente nuova, non si partiva da una precedente esperienza in questo senso da parte del committente, che ha dunque affidato ad e-voluzione la realizzazione del progetto.

4 L azienda e-voluzione, da anni specializzata nella realizzazione di sistemi di misura e controllo per l industria e sistemi di visione artificiale, ha realizzato inizialmente un prototipo del sistema, ed in seguito quattro stazioni industrializzate per il controllo in linea della qualità dei componenti frenanti. Il sistema si compone di una semplice workstation con Windows 7 Professional, 2 telecamere digitali industriali e due ethernet scanner laser di profilo con risoluzione di 10 µm. Un nastro trasportatore è alimentato dall operatore che effettua l ultima operazione del processo di sinterizzazione, la calibratura, in modo tale che i pezzi prodotti siano distanziati di circa 5 cm l uno dall altro, distanza sufficiente data la velocità del nastro ad effettuare l analisi in un tempo inferiore ai 2 secondi. Il nastro trasporta il particolare all interno del sistema di visione, dove attraversa i due raggi laser, in sequenza, che ne analizzano profilo destro e sinistro, ad angolazioni differenti in modo tale da poter valutare il maggior numero possibile di dati. Dopo aver attraversato il secondo raggio laser, due telecamere industriali acquisiscono un immagine digitale della testa e della coda del pezzo ed in questo istante parte l analisi, la cui durata è inferiore al secondo. Tutti i dati acquisiti sono condizionati ed elaborati, è generato un rendering 3d del particolare e ne vengono analizzate anche le caratteristiche cromatiche, che devono rispettare dei precisi requisiti. L intera architettura software è stata realizzata esclusivamente con software National Instruments: NI LabVIEW e NI Vision hanno permesso lo sviluppo del prototipo prima e la successiva ottimizzazione degli algoritmi in un tempo inferiore ai due mesi, dal

5 momento in cui l hardware si è reso disponibile per effettuare i test preliminari, fino ad arrivare al sistema completo consegnato alla committenza. Le librerie di visione artificiale, in particolare, opportunamente addestrate, si sono in breve adattate a prodotti non nativamente compatibili con NI LabVIEW, fino a diventarne un insostituibile driver. Utilizzando un sistema di sviluppo testuale il tempo necessario a realizzare un sistema simile sarebbe senza dubbio risultato almeno il doppio, raddoppiando quasi il costo dello sviluppo. Attualmente la Cofren Srl sfrutta quattro linee produttive in parallelo che utilizzano il presente sistema di visione, le cui prestazioni hanno colpito positivamente tutta la clientela soddisfacendo appieno l esigenza di innovazione del processo produttivo.

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