Il ruolo della visione nella dosatura robotizzata dei fluidi

Nell’automatizzazione della dosatura dei fluidi, i sistemi con visione consentono di ottenere grande precisione di posizionamento del deposito, favorendo cicli di produzione più veloci, eliminando il margine di errore, riducendo i tempi di programmazione e i costi operativi. Ce ne parla Nordson EFD.

Ci sono molti fattori che i produttori prendono in considerazione quando si tratta di decidere che tipo di apparecchiatura acquistare per la fase produttiva inerente alla dosatura dei fluidi. Una delle applicazioni più critiche è la dosatura di quantità molto piccole di fluido, come adesivi e silicone, su gruppi micro-elettronici o altri parti minuscole. Queste piccole quantità di fluido devono essere applicate in modo affidabile e accurato, sia dal punto di vista dell’uniformità di dosatura che del posizionamento del deposito. La precisione di posizionamento e la quantità del deposito applicato sulla superficie del pezzo è una condizione essenziale per l’assemblaggio, il buon funzionamento, la qualità, l’aspetto estetico e la redditività di questi prodotti. Oltre che a mantenere gli standard di precisione nella dosatura dei fluidi, il metodo che si sceglie di usare deve anche venire incontro alle esigenze legate al rendimento, la sicurezza del lavoratore e la convenienza in termini di costi.

Dosatura dei fluidi robotizzata e guidata da sistema di visione

Molte applicazioni di dosatura utilizzano dei robot per raggiungere i loro obiettivi. I robot forniscono un’automazione del processo, che pur mantenendo caratteristiche di flessibilità, garantisce che vi sia di volta in volta una grande accuratezza e uniformità del deposito di fluido. Questa precisione e ripetibilità ottimizzano il consumo di fluido, riducendo lo spreco e i costi di produzione. Il software del robot effettua piccole correzioni nel posizionamento del materiale dosato per adattarsi a curve o contorni complessi oppure per compensare eventuali leggeri scostamenti del pezzo dall’apposita sede o supporto. Questo sarebbe difficile da ottenere senza metodi di dosatura automatizzati.
La possibilità di controllare i depositi di fluido attraverso la visualizzazione del substrato e il riconoscimento del percorso di dosatura, garantisce che l’applicazione avvenga nel punto corretto, entro un possibile scostamento posizionale di ±3 µm. In questo modo si può gestire con precisione l’applicazione di materiali differenti tra loro, come adesivi, grassi, epossidico, silicone e sigillanti. Il software per la dosatura automatizzata consente anche l’importazione di files AutoCAD DXF, così che il produttore possa programmare i percorsi di dosatura con il software CAD preferito e importare poi il file DXF senza problemi nella piattaforma software del robot. L’automazione del processo di dosatura è essenziale per applicazioni che richiedono un posizionamento del deposito estremamente accurato e ripetibile, percorsi di dosatura complessi e/o produzione di grandi volumi. La parte centrale di questo processo è il sistema di visione. La visione offre flessibilità al robot garantendo precisione nel posizionamento del deposito. Viene utilizzata nelle applicazioni di dosatura da oltre vent’anni e sta diventando sempre più importante a mano a mano che i robot, e il relativo software, diventano più intelligenti. Essa consente a questi sistemi per la dosatura automatizzata di ottenere cicli di produzione più veloci ed elimina la variabilità, riducendo così i tempi di programmazione e i costi operativi.

Metodo Teach punto-a-punto

Il metodo più diffuso di programmare una dosatura automatizzata è quello che utilizza un dispositivo Teach Pendant, che implica la localizzazione visiva del punto sul substrato dove si deve posizionare l’ago di dosatura. Essenzialmente, il metodo teach punto-a-punto viene eseguito manualmente: l’operatore muove l’ago di dosatura sulla superficie del pezzo, nel punto dove si deve depositare il fluido. Dopo aver determinato la posizione sul substrato e le coordinate X-Y-Z, i dati vengono salvati nel software di controllo. Questo procedimento viene ripetuto per tutte le posizioni sulla superficie dove si deve effettuare il deposito. Il robot si muoverà su questi punti precisi ogni volta e applicherà il fluido come indicato dal software di dosatura.
Con il Teach Pendant è possibile programmare molti percorsi di dosatura, utilizzando il metodo punto-a-punto. Ma la quantità di percorsi di dosatura programmabili ha un limite, se non altro per il tempo che ci vorrebbe per programmarli tutti. Inoltre, nel caso di processi di dosatura più complicati, aumenta la necessità di offset. Con questa si intende la possibilità di vedere una posizione sul substrato prima di effettuare la dosatura, e di correggere in tempo reale le impostazioni se ci sono variazioni sulla superficie del pezzo. Questi sono i casi in cui i sistemi con visione si rivelano più adatti.

Visione semplice e visione con CCD

Quando parliamo di sistemi di visione per la dosatura automatizzata, ci riferiamo a dispositivi che vanno dalle semplici videocamere USB a sistemi sofisticati con videocamera integrata CCD. La differenza principale sta nella risoluzione – quanti pixel nel sensore della videocamera, e nella velocità dell’otturatore. Per molte applicazioni con robot, la videocamera USB è adeguata. Ma se si cercano foto veloci ad alta risoluzione, è necessaria una videocamera CCD. Entrambi i tipi di videocamera funzionano facendo una foto della superficie del pezzo e poi applicando tutte le compensazioni necessarie attraverso le regolazioni nel programma per far combaciare la posizione e la forma del percorso di dosatura con la posizione e la forma del pezzo. Più precisamente, la videocamera verifica la posizione di un particolare prendendo come riferimento una parte sul bordo del pezzo. Quel punto di riferimento consentirà al software di correggere l’applicazione del fluido se quel punto cambia posizione, per esempio nel caso la registrazione del pezzo si discosti leggermente dall’effettiva posizione sul robot, e quindi di applicare il fluido secondo la nuova regolazione e nel punto di dosatura effettivo sulla superficie del pezzo. Sia la videocamera USB che la videocamera CCD convertono il valore analogico rappresentato dai pixel in valore digitale per una gestione estremamente precisa dell’immagine. Alcuni sistemi con videocamera USB relativamente economici, combinati con il software di dosatura, come quelli offerti da Nordson EFD con i suoi robot a 3 assi della Serie EV, consentono anche ai principianti di programmare percorsi di dosatura complessi con un alto grado di ripetibilità che può raggiungere i ±8 µm. Comparativamente, la videocamera CCD può ottenere immagini con risoluzione più alta, come avviene col sistema automatizzato a 3 assi Serie PRO di Nordson EFD, che riesce a catturare i particolari dell’immagine, eliminare le sfocature e le distorsioni e aumentare il contrasto per identificare e trattare anche dettagli minori o poco marcati, con una minima interruzione del ciclo di dosatura. Se combinata con il software di dosatura intuitivo e il sistema di controllo a circuito chiuso, la videocamera CCD consente alla serie PRO di ottenere la migliore ripetibilità del settore, con uno scostamento di soli ±3 µm. La Serie PRO può anche essere equipaggiata con un sensore laser di rilevamento altezza che consente la mappatura del substrato e trasferisce i dati al robot, che a sua volta corregge automaticamente i valori dell’asse Z per mantenere la distanza corretta sopra la superficie del pezzo. Il processo avviene in tempo reale per ogni fase di lavoro per la quale viene impostata questa funzione, garantendo risultati qualitativi elevati, anche su superfici irregolari. Questa videocamera CCD integrata per la dosatura automatizzata dei fluidi offre un vero controllo tridimensionale del movimento. Quando sono installati contemporaneamente il dispositivo di rilevamento ago, il sensore laser di altezza, la videocamera CCD, il robot riceve tre tipi di feedback (ottico, rilevamento dell’altezza con contatto e senza contatto) che consentono di programmare facilmente punti, linee, cerchi, archi semplici e complessi. Il dispositivo di rilevamento ago compensa le variazioni che intercorrono quando si cambia l’ago di dosatura del serbatoio siringa o della valvola.

Software avanzato per visione

La funzionalità di visione veloce e ultra-precisa ottenuta con videocamera CCD su questi robot di ultima generazione, è resa possibile dal software avanzato DispenseMotion di Nordson EFD, che permette l’attuazione di tutte le funzioni di guida con visione del processo di dosatura.
Uno degli aspetti distintivi di questo software è la precisione nel controllo e gestione delle regolazioni (offset) ottenute confrontando la posizione effettiva del pezzo di lavoro con una posizione di riferimento memorizzata come immagine all’interno del programma. Quando il robot rileva una differenza nelle posizioni X e Y oppure nell’angolo di rotazione del pezzo, è il software che regola automaticamente il percorso di dosatura per correggere la differenza. La funzione offset riceve costantemente dati per garantire che il processo di dosatura venga eseguito in modo preciso.
La facilità di utilizzo è sempre stata un aspetto vitale per gli operatori di sistema: nonostante questo software disponga di funzionalità avanzate, l’interfaccia intuitiva di cui è dotato semplifica l’installazione e la programmazione grazie all’anteprima su schermo del percorso di dosatura. Anche l’importazione e conversione dei files DXF sono abbastanza semplici. Recentemente è stato aggiunto un Wizard di avviamento del robot che guida l’operatore attraverso ogni fase del processo di installazione, inclusi la calibrazione e le impostazioni offset nel modo più semplice possibile.
Questi robot per la dosatura dei fluidi di ultima generazione, esemplificati nei modelli della Serie GV, RV, EV e PRO di Nordson EFD a 3 e 4 assi, grazie al loro software avanzato e funzionalità di visione, portano ripetibilità e precisione ai sistemi per la dosatura automatizzata dei fluidi di assemblaggio. Ideali per la realizzazione di punti, linee, per le applicazioni di incapsulamento, riempimento, sigillatura, rivestimento e dosatura senza contatto, sia con serbatoi siringa che con valvole, questi sistemi offrono funzioni di dosatura sofisticate, posizionamento accurato e grande uniformità del deposito, pur rimanendo facili da usare e programmare. La combinazione di automazione e software di visione avanzato porta considerevoli benefici ai produttori, tra questi la possibilità di aumentare la quantità di pezzi prodotti, ridurre i tempi di produzione, assicurare uniformità e accuratezza di dosatura su superfici complesse, migliorare la qualità del prodotto, e intraprendere progetti più complessi, che richiedono assoluta precisione di dosatura e del posizionamento del deposito.