Non-contact smart measurement systems for in-line quality control of precision turned parts

This thesis is the result of work carried out within the European project H2020 GO0D MAN and intends to be a contribution to realize the Industry 4.0 paradigm. In particular, it concerns the development of in-line smart quality control systems. The work presents the development of two systems: a) an automated measurement system based on a confocal chromatic sensor for checking the dimensions of turned metal components and b) an automated control system based on computer vision for checking the presence of burrs due to the drilling process on the same parts. These metal components, which consist of little hollow cylinders with several lateral holes, are used in hydraulic valves intended for use in the automotive industry. The quality control of these parts requires the verification of stringent dimensional tolerances and functional performances. The overall objective of the project is to realize an in-line 100% quality control in order to prevent the generation and propagation of defects at the exit of the turning processing station. The two systems developed exhibit smart behaviour, aimed at managing measurement uncertainty and reducing the risk of misdiagnosis. The automation level and the optical non-contact approach adopted allows to extend the controls previously made on statistical samples to 100% of the production. After presenting the industrial cases, this thesis discusses the conceptual design for each system, the steps for the realization of the prototypes, their characterization in laboratory condition and finally the demonstration in a real production line.

Questa tesi è il risultato del lavoro svolto nell'ambito del progetto europeo H2020 GO0D MAN e intende essere un contributo alla realizzazione del paradigma dell' Industry 4.0. In particolare, riguarda lo sviluppo di sistemi intelligenti di controllo qualità in linea. Il lavoro presenta lo sviluppo di due sistemi: a) un sistema di misura automatizzato basato su un sensore cromatico confocale per controllare le dimensioni dei componenti metallici torniti e b) un sistema di controllo automatizzato basato su visione artificiale per verificare la presenza di bave dovute al processo di foratura sulle stesse parti. Questi componenti metallici, costituiti da piccoli cilindri cavi con numerosi fori laterali, sono utilizzati nelle valvole idrauliche destinate all'industria automobilistica. Il controllo di qualità di queste parti richiede la verifica di tolleranze dimensionali rigorose e delle prestazioni funzionali. L'obiettivo generale del progetto è realizzare un controllo di qualità in linea al 100% al fine di prevenire la generazione e la propagazione di difetti all'uscita della stazione di lavorazione di tornitura. I due sistemi sviluppati presentano un comportamento intelligente, finalizzato alla gestione dell'incertezza di misura e alla riduzione del rischio di diagnosi errate. Il livello di automazione e l'approccio ottico senza contatto adottato consentono di estendere i controlli precedentemente effettuati su campioni statistici al 100% della produzione. Dopo aver presentato i casi industriali, questa tesi discute la progettazione concettuale di ciascun sistema, i passaggi per la realizzazione dei prototipi, la loro caratterizzazione in condizioni di laboratorio e infine la dimostrazione in una vera linea di produzione.