La combinazione perfetta di Cognex
In una cella per l’assemblaggio dei circuiti stampati, robotica e visione artificiale uniscono le forze: le telecamere intelligenti Cognex acquisiscono i codici Data Matrix sulle confezioni blister, misurando e localizzando con precisione ogni componente.
L’assemblaggio dei circuiti stampati nella produzione dell’elettronica è ampiamente automatizzato. Robot di diversa progettazione eseguono operazioni come il posizionamento di SMD (“Surface Mounting Device”), la saldatura e l’ispezione ottica automatizzata. Un’eccezione è rappresentata dal montaggio a foro passante dei cosiddetti componenti cablati come condensatori, bobine di potenza e connettori. Parliamo di un processo complesso non facile da automatizzare. È questa la sfida che si è presentata agli ingegneri di Glaub Automation & Engineering, azienda tedesca, quando un cliente ha chiesto se era possibile automatizzare questa fase. Cognex, specialista nell’elaborazione delle immagini industriali, li ha aiutati in questa non semplice impresa.
Un cobot a doppio braccio
Il team di Glaub si è messo al lavoro: la soluzione è già in uso e non è per nulla convenzionale. L’assemblaggio viene effettuato da un robot collaborativo a doppio braccio YuMi di ABB che, grazie ai suoi due bracci, può assemblare i circuiti stampati a una velocità doppia rispetto a un robot convenzionale. Il processo automatizzato nella cella robotica ultracompatta GL-THTeasy ha uno svolgimento molto preciso. Il robot riceve i blister coi condensatori, ad esempio, attraverso una linea di trasporto. Un codice a matrice di dati sulla confezione blister consente di identificare l’articolo. YuMi afferra quindi un condensatore dopo l’altro dalla confezione blister, e lo posiziona con precisione sul circuito stampato. In alternativa, può anche rimuovere i componenti elettronici da un contenitore ESD (“Electro Static Discharge”) o da un trasportatore a vibrazione. Questa operazione avviene subito dopo la saldatura dal basso. Le confezioni blister vuote sono poi rimosse dall’installazione attraverso un sistema di ricircolo, mentre quelle piene vengono inserite automaticamente.
La cella robotizzata utilizza telecamere intelligenti
Fin qui tutto sembra abbastanza logico, e ci si chiede come mai questo processo di assemblaggio non sia stato automatizzato prima. La risposta sta nel fatto che la robotica non era ancora in grado di gestire né l’elevata variabilità dell’alimentazione dei componenti, né le lievi imprecisioni nel loro posizionamento. Le poche soluzioni robotiche disponibili risultavano quindi estremamente complesse, elaborate in termini di programmazione, e non particolarmente affidabili nella pratica. Tuttavia, la nuova cella robotizzata di Glaub utilizza telecamere intelligenti, che vantano la tecnologia di elaborazione delle immagini di Cognex. La posizione dei componenti nelle confezioni blister viene rilevata con telecamere 3D a scansione d’area, che consentono anche un prelievo mirato dal contenitore o dal trasportatore vibrante, per poi misurare ulteriormente i condensatori e i circuiti stampati con l’aiuto di telecamere 2D.
Otto telecamere per cella, comprese due telecamere 3D
L’elaborazione delle immagini svolge un ruolo fondamentale per il successo dell’applicazione. Gli ingegneri Glaub hanno collaborato con M-VIS Solutions, partner di Cognex, per scegliere le telecamere adatte. M-VIS Solutions ha sviluppato una soluzione con diverse telecamere in grado di acquisire i codici Data Matrix sulle confezioni blister, e di misurare e localizzare con precisione ogni singolo componente. Vitali Burghardt, CEO di M-VIS Solutions, spiega: «Grazie alla misurazione assoluta, al 100%, dei componenti e dei circuiti stampati, la cella robotica GL-THTeasy compensa ogni imprecisione in termini di componenti, presa, portapezzi e nastri trasportatori». Ciò significa che i componenti che non siano perfettamente adatti vengono subito eliminati. Nell’ambito di uno studio di fattibilità, M-VIS Solutions, col supporto di Cognex, ha scelto otto telecamere, quattro per ogni braccio robotico. Un sistema di visione In-Sight 7802M misura i pezzi e fornisce le informazioni necessarie per correggere la posizione della pinza. Un altro sistema della serie In-Sight 9912M misura il circuito stampato e, se necessario, corregge il movimento della pinza e il posizionamento del componente sulla scheda. La telecamera 3D Area Scan 3D-A5060 con tecnologia 3D LightBurst™, in attesa di brevetto, e il software di elaborazione delle immagini VisionPro® integrato “vede” la posizione dei pezzi nella linea di alimentazione.
Dati di posizione effettivi
Spiega in modo dettagliato l’amministratore delegato Niko Glaub: «In ogni fase del processo, le telecamere catturano la posizione effettiva del componente, della pinza e del circuito stampato in relazione al componente elettronico. In altre parole, lo “spazio per le gambe” dei componenti è allineato alle dimensioni reali delle posizioni di assemblaggio. In primo luogo, ciò consente di individuare e rimuovere automaticamente il componente, per poi permettere un montaggio a foro passante accurato, sulla base dei dati di posizione effettivi». Questo approccio offre un ulteriore vantaggio: poiché i movimenti sono controllati da telecamere, gli operatori possono generare un nuovo modello di posizionamento senza bisogno di programmazione. Le immagini prodotte dalla telecamera servono come base. Questo semplifica e accelera non solo il montaggio, ma anche la conversione. La GL-THTeasy è un esempio di automazione flessibile che offre una soluzione intelligente sia per le esigenze attuali, sia per quelle future.
Un tempo di ciclo molto breve
I due bracci del robot ABB YuMi lavorano simultaneamente 24 ore su 24, consentendo un funzionamento 7 giorni su 7 ad alta velocità. Il tutto con un tempo di ciclo molto breve, che può essere inferiore a 3 s, in base ai componenti da installare e all’alimentazione. Anche il periodo di ammortamento è stato notevole: circa 14 mesi dal primo utilizzo di GL-THTeasy. La nuova cella robotizzata segna punti su più fronti, che ne supportano l’utilizzo: innovazione, affidabilità, efficienza e redditività futura. Grazie a Glaub e M-VIS, questa soluzione intelligente sarà utilizzabile da molti altri produttori di elettronica per automatizzare la fase del processo di assemblaggio dei circuiti stampati, impiegando questo metodo flessibile ed efficiente.