Strumenti di misurazione e di analisi per risolvere in modo efficiente i problemi di qualità, identificando i difetti che si generano durante il processo di fabbricazione, anche quando i componenti appaiono perfetti a occhio nudo. È quanto mette a disposizione Qfp (Quality For Passion), azienda italiana tra i leader di mercato nel settore misure e prove. «L’obiettivo – afferma l’amministratore delegato Roberto Mazzetto – è fornire alle aziende la possibilità di aumentare l’accuratezza, la rapidità e l’automazione nei processi di misura utilizzati per il controllo della produzione, riducendo i tempi e i costi di sviluppo prodotto».
Mercati di riferimento sono l’automotive – per il quale Qfp ha realizzato installazioni in Lamborghini, Ducati e presso gli stabilimenti Fca di Pomigliano, Melfi e Cassino – e l’aerospaziale dove vanta clienti come Alenia, Agusta Westland (oggi Leonardo) e Avio Aero. Ma l’offerta si estende a micro, piccole e medie aziende alle quali fornisce controlli di misura in service presso i propri laboratori dislocati su tutto il territorio nazionale, a Padova, Spoleto e Napoli. Tra i dispositivi di scansione utilizzati, quelli di Zeiss, di cui Qfp è business partner, cui si affiancano prodotti di misura di Third Dimension, Kreon, Innovmetric e Inora. Il focus è sempre sulla metrologia con una particolare attenzione sull’automazione dei processi. È questa l’area su cui sono concentrati i più recenti investimenti che hanno portato alla creazione di Qbox, celle ad alta automazione dove il controllo qualità – su componenti di piccola, media e grande dimensione, tipicamente in plastica, lamiera e fibra di carbonio – viene eseguito con dispositivi di scansione manipolati da robot e cobot.
È il caso di Qbox MiniCobot, una cella di misura compatta e automatizzata che integra un robot collaborativo Universal Robots UR10 e sensori di scansione a luce led blu di Zeiss. O ancora, di Qbox Power, il sistema installato presso i reparti di lastratura e stampaggio dello stabilimento Fca di Cassino che ha permesso di ridurre i tempi d’intervento sulle presse grazie a un ripristino della geometria degli stampati, migliorando la qualità delle parti prodotte. A questo proposito, Alessio Cocchi, Country Manager di Universal Robots Italia, intervenuto nel corso di un recente workshop dedicato alle soluzioni proposte da Qfp, ha affermato: «La robotica collaborativa conferma di essere flessibile e applicabile a diversi ambiti, tra questi il controllo qualità. Soluzioni di misura ad automazione collaborativa come Qbox consentono di incrementare produttività ed efficienza».
Per Qfp, la vera frontiera è ora l’automazione del controllo di qualità nei processi di produzione con sistemi connessi in grado di generare correzioni automatiche tramite algoritmi di intelligenza artificiale basati su tecniche di auto-apprendimento. Ecco quanto emerso dal confronto con Roberto Mazzetto con il quale abbiamo condiviso alcuni degli argomenti che saranno al centro degli interventi dell’azienda nel corso della prossima edizione di A&T Automation & Testing 2021 nei giorni dal 10 al 12 febbraio. La manifestazione, punto di riferimento per il mondo dell’automazione e degli strumenti di misura, della logistica, della produzione e dell’informatica, da sempre svolta all’Oval Lingotto di Torino, avverrà quest’anno in modalità digitale, in un format inedito e unico nel suo genere, pensato per favorire il business e mettere al centro le tecnologie industriali e i lavoratori. Le imprese e il grande pubblico avranno a disposizione una piattaforma innovativa che consentirà loro non solo di fruire di tutti i contenuti che abitualmente fanno parte del programma della manifestazione, ma di entrare direttamente e digitalmente all’interno delle aziende e conoscerne le caratteristiche tecnologiche (qui l’articolo di approfondimento sulla fiera)
Flessibilità a 360 gradi per rispondere alle più diverse esigenze di controllo qualità
L’operatività di Qfp si distingue in tre distinte linee di attività: la prima riguarda l’erogazione di servizi di misura realizzati presso i propri laboratori, la seconda è quella dedicata alla vendita di strumentazione e prodotti per la misurazione mentre la terza riguarda la consulenza e la fornitura di soluzioni di misura e controllo automatiche chiavi in mano. Questo modello di business – secondo quanto affermato da Roberto Mazzetto – si traduce in una grande flessibilità e risponde alle più diverse esigenze nell’ambito del controllo e della misura che vengono sollevate dalle aziende. Presso i laboratori vengono eseguiti i controlli dimensionali di prodotti e parti, un’attività che risolve il problema di tutti coloro che non hanno al proprio interno né le competenze né le strutture idonee per il controllo dimensionale. «Non dobbiamo infatti dimenticare che la gran parte di micro, piccole e medie imprese difficilmente investe in infrastrutture dedicate per svolgere attività di questo tipo. Il motivo è semplice: in queste realtà il controllo di misura non è un’attività di tipo continuativo, ma viene effettuata per lo più nel momento in cui si inizia la produzione di un nuovo prodotto, parte o componente». Il business in service rappresenta un’importante parte del fatturato. «Si tratta di migliaia di controlli che permettono – a fronte di una spesa media che varia dai duecento ai mille euro – di effettuare specifici controlli ed avere un report di misura. Si pensi per esempio a tutte quelle piccole aziende che lavorano nell’indotto dell’automotive le quali sono obbligate a dimostrare ai propri clienti, il più delle volte multinazionali e grandi gruppi industriali, la conformità di prodotto ai requisiti richiesti. Sono prove che vengono eseguite presso i nostri centri di misura. Un’attività che con il nuovo anno verrà ulteriormente potenziata con l’inaugurazione di una nuova sede Veneta che prevede uno spazio di oltre 1.500 metri quadri».
T-Scan, flessibilità e precisione del controllo di misura per la movimentazione manuale robotica
Per il controllo dimensionale a movimentazione manuale la più recente novità introdotta da Qfp è il sistema di scansione rapido T-Scan basato su tecnologia laser Zeiss. «Molte aziende affrontano le difficoltà connesse alla fase di controllo dimensionale con strumenti che richiedono molto tempo per eseguire il controllo e grande perizia tecnica da parte dell’operatore, spiega Mazzetto. Con questa soluzione laser permettiamo di effettuare il controllo in tempi rapidi, su superfici non collaborative e su geometrie complesse, riducendo al minimo i tempi di esecuzione». Il design dello scanner laser è stato adattato ergonomicamente alle esigenze dell’operatore, consentendo un processo di scansione intuitivo e senza fatica. Grazie al peso ridotto e all’alloggiamento compatto del sensore, il sistema è particolarmente adatto per l’acquisizione dei dati anche nelle aree più difficili da raggiungere. Il dispositivo si avvale di un software che consente un flusso di lavoro efficiente e orientato al progetto durante l’intero processo di misurazione rendendo disponibile un report di misura di tutti i dati 3D. Come vedremo in seguito i dispositivi T-Scan sono anche utilizzati in movimentazione robotica nelle celle di lavoro Qbox.
Controllo di qualità ad alta flessibilità
Per tutti coloro che non hanno le attrezzature adatte, e ritengono di non poter beneficiare di un ritorno dell’investimento dallo sviluppo di strutture ed ambienti di misura in-house, Qfp rende disponibili service on-site tramite le proprie attrezzature trasportabili – è il caso degli scanner tridimensionali Zeiss T-Scan hawk e Atos Q – che possono essere utilizzate per il solo tempo necessario ad eseguire le misure richieste. Un servizio che prevede anche la fornitura delle persone con le competenze adeguate ad effettuare tutte le operazioni. L’approccio basato sulla flessibilità si estende anche a tutte quelle aziende che, pur avendo al proprio interno un dipartimento di qualità, vogliono essere supportate nel momento in cui si deve predisporre una nuova linea di produzione. Come racconta Mazzetto, «Le attività di misura possono essere molto discontinue e variabili. Ecco quindi come la nostra proposta che parte dalla fornitura di tecnici specializzati e strumenti adeguati, per periodi limitati di tempo in grado di fronteggiare picchi operativi, si sviluppi con la fornitura degli strumenti di controllo, fino ad arrivare ai controlli automatici di processo. Per questi ultimi le lavorazioni in linea sono realizzate nel giro di qualche secondo, mentre in altre gli impianti sono più lenti con tempi di lavorazione di qualche minuto. In alcuni casi il controllo viene fatto a campione e può riguardare una percentuale ridotta dei pezzi prodotti. In altri casi il controllo può essere previsto per l’intercettazione delle anomalie che si presume possano causare un difetto. Sono tutte situazioni alle quali occorre rispondere con le soluzioni diversificate che proponiamo».
Controllo di misura vuol dire produttività
«La maggior parte degli imprenditori non vede di buon occhio investire denaro per strumenti di misura. Non lo considerano un vero e proprio investimento poiché non è un macchinario di produzione. Considerazioni che oggi, per fortuna, iniziano a essere messe in discussione». Per Qfp il controllo di misura è infatti parte integrante del processo produttivo: vuol dire disporre della tecnologia che permette di ridurre gli scarti e quindi ottenere una riduzione dei costi complessivi di produzione. Insomma, il tutto contribuisce ad abbassare il costo unitario per pezzo prodotto. «Se proposto in questo modo l’investimento in metrologia assume un significato ben diverso agli occhi dell’imprenditore: diventa non più una voce di spesa ma parte integrante della produttività. Certo, vi sono spesso ostacoli non facili da superare. Introdurre sistemi di misura significa infatti un maggiore controllo sulla produzione, che a volte può essere osteggiato. Rompere vecchi schemi e abitudini non è facile. Ma se si riesce a superare questo stallo non si torna più indietro poiché i risultati sono inequivocabili e portano a una maggiore competitività. L’aspetto più importante? La capacità di visualizzare un eventuale difetto geometrico in modo molto più rapido, mettendo le persone nella condizione di poter intervenire rapidamente per migliorare il processo produttivo».
Stampa 3D, anche la manifattura additiva è soggetta a errori
Qualsiasi parte o componente è sempre soggetta a possibili incongruenze rispetto a quanto progettato. Le macchine di produzione, siano esse additive o sottrattive, non sono perfette. Secondo Mazzetto è quindi bene fare attenzione e non pensare che la stampa 3D sia esente da errori. «Quando si inizia a produrre in additivo si tende a credere che per il solo fatto che alla stampante viene dato in pasto un file tridimensionale il pezzo prodotto sia esattamente identico a quanto preventivato. Niente di più sbagliato: in ogni produzione vi possono essere misure che non coincidono con il modello originario. La stampante 3D è una macchina operatrice e come tale non è perfetta. Possono sorgere anomalie legate alla struttura definita in progettazione, al materiale utilizzato al processo additivo. Tutte le dinamiche che intercorrono nella fase di lavorazione prolungata possono determinare errori». Insomma, per Qfp anche i prodotti derivanti dalla stampa 3D come per tutti processi produttivi devono essere controllati.
Un approccio consulenziale da system integrator
Il controllo di misura viene effettuato con varie tecnologie 3D: laser a pennello con la quale si acquisisce la nuvola di punti che rappresenta le tre dimensioni dell’oggetto; con sistemi a proiezioni di frange a luce blu o con le classiche tecnologie per misura a contatto. Considerata la trasversalità settoriale deve essere valutata di volta in volta la tecnica di acquisizione più adatta. Può dipendere dall’accuratezza che si vuole ottenere, dalla tipologia di attività di misura che possono essere fatte attorno all’oggetto, e dai requisiti della misura e dall’oggetto che si vuole misurare. Il T-Scan, per esempio, può essere utilizzato su componenti con volumi variabili dai 10 ai 20 metri cubi mentre la tecnologia Laser-Scanner permette di eseguire scansioni ad esempio fino a 80 metri di distanza. «Quello che ci distingue dalla concorrenza è la flessibilità e la capacità consulenziale, che ci consente di orientare la scelta dell’utente in base a un’esperienza problem solving». Qfp svolge quindi un ruolo di solution provider e system integrator, rendendo disponibili attrezzature e impianti di controllo in base alle singole e specifiche esigenze utilizzando tecnologia diversificata, sia per quanto riguarda la tipologia di dispositivi di scansione sia per quanto riguarda le modalità di intervento, a movimentazione manuale o automatizzata, mettendo insieme i dispositivi di scansione più opportuni e l’infrastruttura robotica più adeguata.
Scansione di una linea di produzione
La scansione 3D può anche essere utilizzata per acquisire un’immagine virtuale di una linea di produzione. Per alcuni clienti Qfp ha realizzato un ambiente 3D dove si può passeggiare virtualmente nello stabilimento e prendere misure. In questo caso si utilizza la tecnologia di scansione per riconfigurare gli stabilimenti in previsione di una nuova produzione poiché permette di strutturare la linea per una configurazione ottimale. Serve per esempio a capire l’ubicazione di cavi e quadri elettrici, il posizionamento di tubi ad aria compressa, insomma avere una mappatura di quella che è la realtà di fabbrica. In altre parole, secondo quanto affermato dall’ad di QFfp, con tecnologie laser avanzate si riesce a realizzare un reverse engineering della struttura di produzione, ottenendo un immagine 3D navigabile che aiuta a comprendere quali interventi debbano essere fatti per predisporre una nuova produzione. In buona sostanza, si tratta di un controllo metrologico ambientale orientato alla risoluzione di problemi di produzione.
Celle robotizzate
Qbox è la famiglia di prodotti introdotta a partire dal 2015 e comprende diverse configurazioni in cui i sensori 3D sono guidati da robot e cobot. «Utilizzare delle celle di lavoro robotizzate è utile quando una stessa identica operazione di misura deve essere ripetuta centinaia di volte al giorno. Abbiamo delle configurazioni standard ma il più delle volte quelle che installiamo prevedono delle personalizzazioni spinte. In questi cinque anni ne sono state installate negli Stati Uniti, in Belgio, in Germania e, ovviamente, anche in Italia. Il costo varia da 100 mila euro ai 300/400 mila euro ma per impianti di grandi dimensioni può anche superare il milione di euro. I robot collaborativi sono quelli di Universal Robots mentre quelli tradizionali sono prevalentemente quelli di Fanuc. «La scelta varia comunque in funzione dell’esigenza del cliente, dice Mazzetto. Per Fca, ad esempio, si è utilizzato Comau mentre in altri casi si è utilizzata tecnologia Abb».
Qbox MiniCobot, l’automazione collaborativa per il controllo qualità
Qbox MiniCobot è una cella di misura compatta e automatizzata che integra un robot collaborativo Universal Robots UR10 e sensori di scansione a luce led blu di Zeiss. Si tratta di una soluzione di automazione che va incontro alle esigenze di quelle aziende che devono garantire un alto standard qualitativo anche su lotti caratterizzati da alto mix e bassi volumi. Secondo Qfp la semplicità di utilizzo e la flessibilità garantiti dal cobot UR10, agevolano la riprogrammazione e il settaggio dei cicli di scansione: un vantaggio per tutte le aziende che si devono confrontare con il fenomeno della mass customization che coinvolge il mercato. «La robotica collaborativa conferma di essere flessibile e applicabile a diversi ambiti… Soluzioni di misura per il controllo qualità basate su automazione collaborativa consentono di incrementare produttività ed efficienza», afferma Alessio Cocchi, Country Manager di Universal Robots Italia, che aggiunge: «La robotica collaborativa ha aperto un orizzonte nuovo per le attività metrologiche, automatizzando e rendendo più precise e performanti le attività di controllo qualità e testing». Secondo Qfp, il vantaggio che deriva da questa integrazione è evidente: maggiore garanzia della qualità del prodotto, cicli di scansione più semplici da realizzare. «Unendo l’affidabilità delle tecnologie di scansione 3D che offriamo ai nostri clienti ai vantaggi della robotica collaborativa, siamo oggi in grado di offrire una soluzione compatta, flessibile e altamente collaborativa», aggiunge Mazzetto.
Fca Cassino, aumento della produttività con una soluzione innovativa per il controllo qualità
Qfp ha fornito allo stabilimento di Cassino il sistema di misura automatica Qbox Power. Utilizzato nel dipartimento lastratura e stampaggio serve a effettuare l’analisi sui volumi dei particolari, il controllo conformità geometrica delle componenti e l’analisi delle zone di accoppiamento su particolari stampati e lastrati. Tramite la scansione laser 3D, la geometria dei sottogruppi lastrati viene acquisita, ricostruita digitalmente in 3D e confrontata con il modello matematico di riferimento. Il tutto permette di comprendere le aree in tolleranza o fuori tolleranza grazie anche all’utilizzo di mappe cromatiche. «L’introduzione del sistema è stata veloce e la fase di passaggio e apprendimento è trascorsa in tempi rapidi», racconta Aldo Gremo, responsabile Qualità Sottogruppi dello stabilimento. «Le caratteristiche di maggior importanza che ricercavano i metrologi di Fca, spiega Mazzetto, sono l’accuratezza, la flessibilità e la facilità d’uso. Particolarmente apprezzata è la semplicità e flessibilità della programmazione e gestione della scansione». In sintesi i principali vantaggi ottenuti: una diversa visione della geometria del particolare; un miglioramento dell’analisi grazie alle informazioni distribuite sull’intera superficie; la possibilità di eseguire degli interventi mirati sulle presse e sulle isole di saldatura.
La cella di lavoro Qbox Power
È una soluzione industriale, standard, ideale per componenti di medio/grandi dimensioni, con tecnologia di misura laser. Tutti gli elementi sono integrati in un unico ambiente protetto che consente di inserirsi all’interno del processo produttivo. Il principio di funzionamento del laser, prevede di “pennellare” letteralmente il componente da misurare passando in prossimità delle superfici. La pistola laser è seguita passo passo da un tracker che, individuando la posizione del pennello nello spazio, è in grado di ricostruire l’esatto punto in cui si trova il sistema di lettura e quindi lo compara con il progetto originale. Il risultato ottenuto è una nuvola di punti che successivamente viene confrontata con il modello Cad del componente. L’intero processo di misura inizia con un singolo lancio del programma e termina con la fornitura del report. È possibile integrare il sistema Qbox con dispositivi di carico scarico e con sistemi di supporto dei componenti da misurare completamente integrati e automatici.
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