Aerospace: il cobot è al servizio dell’ispezione

I cobot Universal Robots sono impiegati nell’ispezione collaborativa delle schede PCB da parte di un’azienda del settore aerospace. L’automazione assicura un’esecuzione precisa, mentre il cobot esegue movimenti ispettivi di ripetibilità micrometrica.

Nel settore aerospace, Thales Alenia Space è fra i principali attori a livello internazionale. È attiva tanto nella progettazione e nello sviluppo di soluzioni e strumenti per l’esplorazione spaziale, quanto nella costruzione di elementi di elettronica per la flotta satellitare globale. Per l’ispezione e la validazione delle schede PCB da integrare nell’hardware dei satelliti, task particolarmente delicato, ha deciso di ricorrere all’automazione per assicurarsi una qualità di esecuzione costante, e migliorare contestualmente l’ergonomia di questa complessa operazione.

Dall’ispezione manuale delle schede a una soluzione di automazione

Presso la sua sede de L’Aquila, Thales Alenia Space si occupa in maniera specifica dello sviluppo di satelliti e dell’elettronica in essi integrata. A bordo di questi sofisticati strumenti vengono integrate schede PCB del valore di decine di migliaia di euro, essenziali per assicurare il corretto funzionamento del satellite. Tali schede vengono ispezionate e validate una ad una, per certificare la loro conformità al progetto originale. Quest’attività è stata sempre svolta manualmente da un operatore specializzato che, dopo aver posto la scheda sul piano di ispezione, procedeva a verificarne ogni singolo elemento costitutivo raffrontando la scheda in esame col CAD originale. Il task presentava una serie di problemi e di possibili inefficienze. Da un lato, durante la manipolazione in fase ispettiva la scheda era continuamente esposta al rischio di danneggiamenti. Dall’altro l’ispezione stessa risultava scarsamente ergonomica per via del peso della PCB e per via della natura dell’operazione, che costringeva l’operatore a spostare continuamente lo sguardo dalla scheda al progetto originario. Per passare a una soluzione di automazione, Thales Alenia Space si è rivolta all’integratore torinese HRC, specializzato nello sviluppo di soluzioni per il comparto ICT. L’azienda informatica ha così creato ARVIn, una cella di controllo automatizzata che integra: un cobot Universal Robots UR10, una camera di ispezione con lenti di precisione microscopica Leica, e un protocollo di realtà virtuale che interagisce con il tecnico ispettore.

La fase di inizializzazione

La scheda viene posta all’interno della cella, e dotata di uno specifico apparato di illuminazione per assicurare le migliori condizioni di ispezione. La PCB viene quindi manipolata due sole volte per ciclo dal tecnico ispettore: al momento dell’ingresso in cella, e al momento in cui viene dato l’esito dell’ispezione. Il processo di ispezione viene suddiviso in due fasi distinte: inizializzazione dell’ispezione, e ispezione vera e propria. Durante l’inizializzazione dell’ispezione, il software procede con l’avvio e il controllo di tutti i dispositivi del macchinario per garantire l’affidabilità delle operazioni. La scheda elettronica viene quindi appoggiata sul piano senza dover essere fermata da nessun sostegno, a vantaggio della flessibilità di utilizzo con svariate tipologie di scheda. Il cobot effettua vari movimenti automatici per cogliere gli aspetti da analizzare, grazie alla camera posta alla sua estremità. In seguito al riconoscimento della scheda, sia come modello che come seriale, vengono caricate le informazioni vettoriali della scheda direttamente dai file usati nella progettazione: da questi vengono generate le immagini dello schema e le informazioni per singolo componente. Lo schema viene infine allineato alle immagini in diretta della scheda, per attivare la funzione di realtà aumentata.

L’ispezione e le varie funzionalità

L’allineamento procede in due stadi distinti. Il primo è automatico, dove il programma individua la scheda sul piano di ispezione. Il secondo invece è manuale, e richiede all’utente un raffinamento della sovrapposizione indicando il punto esatto dei fiducial marker presenti sulla scheda. Usando i dati del seriale, il software può riprendere un’ispezione interrotta anche se non salvata volontariamente dall’utente. Durante l’ispezione invece l’interfaccia viene focalizzata sulle riprese della camera. L’ispettore può attivare diverse funzionalità, ecco le principali. Utilizzando il mouse o una gesture sul display touch, è possibile effettuare uno zoom della ripresa. Questo comporterà un incremento fisico del fattore di ingrandimento dell’ottica, e un conseguente ingrandimento della realtà virtuale. Sempre tramite mouse o gesture sul display touch, si può spostare l’inquadratura lungo tutta la scheda, anche variando l’angolo di visualizzazione per cogliere dettagli di difficile inquadratura. Mediante appositi pulsanti, il software può portare l’attenzione della camera sui componenti ancora da esaminare (eventualmente si può scegliere quale esaminare da una lista). Un’altra funzione consente di selezionare il tipo di schema da visualizzare (ad esempio polarità, evidenza dei componenti montati in una determinata fase, componenti trattati con degolding eccetera). È possibile modificare, aggiungere e rimuovere le regioni (le regioni servono per suddividere una scheda e ispezionarne solo una porzione alla volta). Si possono aggiungere difettosità sia con tag virtuali, sia con descrizioni complete. Toccando lo schermo touch invece, il software riconosce il componente visualizzandone le caratteristiche. Infine, è possibile abilitare e disabilitare lo schema AR.

Le azioni che si possono compiere

A corredo di queste macro-funzionalità, il software rende possibile l’esecuzione di una vasta gamma di azioni in relazione alla funzione utilizzata. Le principali azioni possibili sono: autofocus, messa a fuoco puntuale attraverso valori dati dall’utente, modifica dei valori Gain ed Exposure della telecamera attraverso preset o valori puntuali, esportazione report in formati Excel e Pdf, corredati eventualmente di foto scattate in automatico dal software, salvataggio di immagini, riallineamento schema (in caso di spostamento accidentale della scheda). Nella parte sinistra della schermata di lavoro sul video dell’ispettore, sono presenti i comandi che permettono di inclinare la camera fino a 60°, e di farla ruotare attorno al componente inquadrato per poter ispezionare anche le componenti più difficili da raggiungere. Il programma è in grado di acquisire una sequenza di foto in completa autonomia e di “unirle”, per creare una foto di maggiori dimensioni di un’area più vasta.