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Méthodes Poka-Yoke pour le serrage de boulons sur les lignes d'assemblage de pièces automobiles

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Serrage de boulons sur les lignes d'assemblage de pièces automobiles, serrage de boulons, système automatique de serrage de vis

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Dans la chaîne d'assemblage des pièces automobiles, le serrage des boulons est à la fois un processus critique et l'une des opérations les plus gourmandes en main-d'œuvre. Étant donné que les boulons se présentent sous différentes formes, en grandes quantités et qu'ils se ressemblent beaucoup, les opérateurs commettent souvent des erreurs qui entraînent des défauts de qualité. La liste des défauts de qualité et les dossiers de reprise d'une entreprise montrent que le dénudage des filets, les boulons manquants ou erronés et les boulons desserrés sont fréquents. Ces défauts sont en grande partie dus au fait que les opérateurs répètent une opération de serrage, sautent un boulon ou n'atteignent pas le couple maximum. La formation et l'expérience peuvent réduire les taux d'erreur, mais comme les êtres humains sont intrinsèquement limités, il est impossible de travailler à 100 % sans erreur. Par conséquent, pour résoudre le problème à la racine, nous devons aller au-delà d'une discipline plus stricte à l'égard des opérateurs et équiper la ligne de production de fonctions poka-yoke (protection contre les erreurs) à couverture totale.

Les équipements de serrage disponibles sur le marché sont variés, mais les outils de serrage électriques sont les plus courants dans l'assemblage des pièces automobiles en raison de leur rentabilité élevée. Les outils se présentent sous deux formes principales :

Les outils en ligne (à poignée pistolet), qui permettent d'obtenir un couple élevé et d'accéder aux pièces sous n'importe quel angle.

Les outils à angle droit (droits), qui conviennent mieux aux applications à faible couple et aux travaux horizontaux.

Les deux modèles peuvent fournir plusieurs niveaux de couple, et le programme sélectionné est commuté automatiquement grâce à un sélecteur de douille ; chaque position de douille est associée à un programme de serrage.

Les outils eux-mêmes peuvent déjà mesurer le couple, l'angle et le nombre. C'est la base d'une protection contre les erreurs. Cependant, comme le processus de production et le comportement des assemblages sont complexes, les limites supérieures et inférieures de surveillance de ces paramètres ne peuvent être fixées par la seule expérience, et il n'existe pas de normes en la matière. Par conséquent, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour libérer tout le potentiel des pistolets en matière de prévention des erreurs.

Prévention du resserrage
L'angle de rotation d'un boulon permet de déterminer s'il a été serré deux fois. Lors d'un serrage normal, un boulon peut tourner de plusieurs à une douzaine de tours complets du début à la fin. Si un boulon déjà serré est resserré avec le même couple cible, l'angle supplémentaire tourné est très faible, presque nul. La surveillance de l'angle de serrage permet donc de détecter un resserrage.
Dans la pratique, le contrôleur de l'outil reçoit une limite inférieure d'angle. Si l'angle mesuré est inférieur à cette limite, le boulon est considéré comme déjà serré et le contrôleur émet une alarme.

Deux paramètres clés influencent le calcul de l'angle :

Le couple de serrage - la valeur de couple à laquelle la boucle de contrôle précise du pistolet commence.

Couple seuil - la valeur de couple à laquelle le comptage de l'angle commence ; elle doit être ≥ couple serré.

Comme le boulon passe la plus grande partie de son temps de serrage en dessous du couple de serrage, l'angle de serrage calculé dans des conditions normales est également très faible (souvent < 100°). Cela comprime fortement la plage utilisable pour la limite inférieure de l'angle. Si la limite est trop élevée, le pistolet déclenchera une fausse alarme à chaque serrage normal.

Par ailleurs, les angles de resserrage réels varient considérablement en raison de la force du poignet de l'opérateur, de la dureté du matériau de l'articulation, de la force de réaction du pistolet et de la présence/absence et de l'épaisseur/dureté des rondelles. Les angles de resserrage peuvent aller de presque zéro à 30-40° ou plus. Par conséquent, la limite inférieure de l'angle doit être augmentée, sinon le poka-yoke de resserrage devient inefficace.

Ces deux contraintes contradictoires rendent difficile la fixation de la limite d'angle. Une valeur fiable ne peut être dérivée de l'expérience ou de simples hypothèses ; elle doit provenir d'une observation méticuleuse sur le terrain et d'une analyse de données à grande échelle. Après avoir recueilli des données sur le serrage, l'angle limite inférieur préliminaire pour le resserrage est fixé. Ensuite, en fonction de la force de l'opérateur, de la dureté du boulon/de l'articulation, du type de pistolet et des conditions de la rondelle, la limite est affinée.

Prévention des oublis de boulons
La prévention des oublis de boulons s'effectue principalement par le comptage.

Exemple : une pièce nécessite le serrage de 10 boulons identiques à une station. L'outil accumule le nombre de boulons. Si le décompte final est inférieur à 10, la ligne ou l'équipement associé réagit, soit en arrêtant la palette, soit en déclenchant une alarme. Lorsque le nombre de boulons atteint 10, le pistolet se bloque automatiquement ; plus aucun serrage n'est possible jusqu'à l'arrivée d'une nouvelle pièce.

Deux conditions préalables doivent être remplies :
L'outil doit permettre l'échange de données avec la ligne.

Le poka-yoke de resserrage décrit ci-dessus doit être pleinement fonctionnel.

La condition 1 peut être remplie de deux manières :
a) Identification automatique par étiquette RF sur la palette
- Le convoyeur est équipé d'une tête de lecture/écriture.
- Chaque fois qu'une pièce entre dans la ligne, son numéro de série est inscrit sur une étiquette RF placée sur la palette.
- Lorsque la palette arrive à une station, la tête de lecture/écriture efface le numéro de série précédent et télécharge le nouveau, ce qui permet au pistolet de savoir qu'une nouvelle pièce est arrivée.

b) Lecture manuelle de codes-barres/QR
- Un scanner portatif est placé à côté de la ligne.
- Séquence : la pièce arrive → l'opérateur scanne le code-barres → le contrôleur du pistolet rafraîchit les données de la pièce → l'opérateur serre → comptage OK → la palette est libérée → la pièce suivante arrive.
- En raison de l'étape manuelle supplémentaire, le débit est inférieur à celui de la méthode (a).

Le prérequis 2 est essentiel : si le resserrage n'est pas détecté, un opérateur peut serrer un boulon deux fois, atteindre le nombre cible et omettre un boulon. Par conséquent, pour éviter de rater des boulons, le poka-yoke de resserrage doit d'abord être entièrement validé.

Prévention du dépassement de couple
Le dépassement de couple est principalement dû aux facteurs suivants

(1) L'opérateur relâche la gâchette avant que le pistolet n'atteigne le couple maximum.
(2) Vitesse excessive du pistolet → grande inertie → le couple dépasse la fenêtre.
(3) Sur les pistolets à couple multiple, la mauvaise douille est choisie parce que les douilles semblent identiques mais correspondent à des programmes de couple différents.

Étant donné que l'outil dispose déjà d'une évaluation fiable du couple, il émet une alarme lorsque le couple est hors plage. Cependant, dans un atelier bruyant, les opérateurs peuvent ignorer l'alarme. Pour assurer une protection à 100 %, l'outil doit bloquer toute opération ultérieure jusqu'à ce que l'opérateur prenne des mesures correctives.

La solution consiste à lier la fonction d'alarme de l'outil à sa fonction d'inversion dans le programme du contrôleur :

Si le couple est faible, le pistolet ne peut pas continuer à fonctionner jusqu'à ce que l'opérateur resserre à nouveau.

Si le couple est élevé, le pistolet ne peut pas continuer tant que l'opérateur n'a pas légèrement reculé le boulon.
Cela permet d'éliminer efficacement les risques (1) et (2).

Pour le risque (3) - mauvaise sélection de la douille - les outils se contenteront de serrer au couple défini par le programme sélectionné sans déclencher d'alarme, de sorte que le lien avec le programme ci-dessus est inefficace. Au lieu de cela, le sélecteur de douilles doit lui-même imposer la séquence correcte.

Étapes de mise en œuvre :

Définir la séquence de serrage et le nombre exact pour chaque douille, conformément aux exigences du processus.

La séquence de chaque outil est unique.

Si l'opérateur choisit la mauvaise douille, l'outil ne démarrera pas.

Lorsqu'une prise a atteint le nombre programmé, l'outil bloque cette prise jusqu'à ce que la pièce soit changée.

Cela renforce la discipline de l'opérateur et élimine les erreurs de couple causées par des confusions de douilles.

Vérification continue
Le Poka-yoke n'est pas une installation unique ; il nécessite :

Un plan de contrôle adapté aux exigences de qualité du produit.

Des audits de ligne périodiques pour s'assurer que toutes les fonctions de protection contre les erreurs restent efficaces.

Ce n'est qu'en institutionnalisant ces pratiques que la chaîne de montage pourra maintenir à long terme une performance de serrage sans défaut.