Non-destructive testing: il ruolo della robotica

In svariati settori industriali il non-destructive testing (NDT) è cruciale per assicurare la sicurezza e l’integrità di componenti e prodotti. Questo settore si sta evolvendo così velocemente da adottare robotica e altre tecnologie per migliorare accuratezza, reperibilità ed efficienza. Arcadia Aerospace Industries si è rivolta a Stäubli per sviluppare un sistema NDT automatizzato e altamente complesso, avviando una proficua collaborazione con le sue divisioni Robotics, Electrical e Fluid Connectors.

Situata in Florida, Arcadia Aerospace Industries (AAI) si distingue per lo sviluppo di soluzioni su misura nel campo del controllo qualità, dedicate soprattutto all’industria aerospaziale e ad altri settori che richiedono un monitoraggio preciso della qualità dei manufatti prodotti. L’azienda ha sviluppato strumentazione all’avanguardia e sistemi automatizzati per i mercati dei laminati in fibra di carbonio e dei componenti strutturali. AAI si è trovata di fronte a un compito arduo quando un suo cliente ha richiesto l’implementazione di un sistema NDT (non-destructive testing) automatizzato e robotizzato che necessitava di gestire circa 100 connessioni elettriche a corrente continua, otto connessioni per il trasferimento dati, tre connessioni per fluidi con valvole ad alto flusso e connessioni AC ad alta potenza. La procedura manuale di collegamento di questi componenti si è rivelata estremamente laboriosa e soggetta a un elevato rischio di errori. Inoltre, era essenziale che tutti gli elementi fossero contenuti in un’unità singola, sia compatta che leggera, e che potessero operare efficacemente in ambienti umidi e polverosi.

Le connessioni elettriche, fluidiche e di trasferimento dati, indispensabili al sistema, necessitavano di un tool changer estremamente versatile, capace di interfacciarsi senza problemi con robot ugualmente versatili. La funzionalità ottimale dell’intera stazione di lavoro dipendeva perciò da un’impeccabile integrazione di questi componenti con i robot Stäubli TX200L. Il robot sulla carta aveva tutte le caratteristiche per rispondere alle richieste del cliente ma sul mercato ancora non esisteva la soluzione completa.

Una soluzione “chiavi in mano” frutto di una partnership di successo

AAI aveva già sperimentato con successo la collaborazione con Stäubli e sapeva dunque dove attingere informazioni e know-how necessari per il suo nuovo sistema NDT (non-destructive testing) automatizzato. “Era chiaro che avevamo bisogno di un sistema automatizzato – ha affermato Mark Pope, Engineering Project Manager presso AAI – cercavamo quindi un sistema di cambio utensile da integrare con i nostri robot Stäubli. Avendo già avuto esperienze positive con Stäubli Robotics e con Stäubli CombiTac, desideravamo aggregarli”. I team Stäubli – Robotica, Connettori elettrici e Connettori fluidici – hanno unito le loro competenze per affrontare gli aspetti critici del progetto. Tutte le ultime tecnologie proposte dalle tre divisioni hanno dato vita ad una soluzione chiavi in mano che ha portato elementi di semplicità in un processo altamente complesso.

Per garantire la precisione assoluta delle traiettorie durante le operazioni di testing NDT, era fondamentale avere un controllo di alto livello. Uno dei primi passi è stato quello di fornire ad AAI l’uniVAL drive di Stäubli Robotics. Tale sistema di programmazione permette ai robot Stäubli di essere integrati facilmente con piattaforme di controllo preesistenti e gestiti attraverso controllori generici multiasse. La connessione avviene in tempo reale tramite bus di campo Ethernet-based e supporta i principali protocolli di comunicazione, in questo caso CANopen over EtherCAT (CoE). AAI possedeva già un sistema di controllo multiasse customizzato ed era dotata di un’interfaccia utente su misura per riuscire ad operare con i propri due robot a sei assi TX200L, oltre ai due massicci sistemi portali. Il sistema NDT (non-destructive testing) necessitava di coordinare simultaneamente 18 assi distinti, assicurando che le posizioni centrali degli utensili fossero allineate perfettamente e facendo in modo che i punti del tool center fossero sincronizzati. Grazie ad uniVAL drive, che si interfaccia direttamente con il controllore multiasse, gli utenti sono in grado di dominare ogni asse in modo individuale, stabilendo con esattezza posizioni e movimenti. Tutto ciò si è rivelato un elemento cruciale del complesso rompicapo.

Decremento tempi tool changer sempre più vicino al 100%

L’innovativo sistema di cambio utensile robotizzato si è rivelato un elemento cruciale nella soluzione, permettendo di effettuare diversi tipi di test con un unico robot e circa 14 utensili differenti. L’implementazione di un tool changer automatico si è definitivamente rivelata come la scelta ottimale. Stäubli Fluid Connectors è un punto di riferimento nel settore dei sistemi di cambio utensile ed End-of-arm (EOAT), ed il suo contributo è stato determinante. I sistemi di cambio utensile MPS di Stäubli si distinguono per la loro multifunzionalità. Il team ha selezionato il modello MPS 260 per la sua sorprendente flessibilità. Questo sistema automatizzato consente di integrare diversi moduli per collegare media, energia e connessioni dati, nonché di supportare numerosi utensili. Anche il peso è stato un criterio essenziale: il sistema di cambio doveva avere un peso inferiore ai 20 kg. Il modello MPS 260, notevolmente compatto, risponde a questo requisito pesando soltanto 6 kg. L’adozione del tool changer automatico si è rivelato come opzione ideale. Per gestire efficacemente tutte le connessioni elettriche e di trasferimento dati, il team ha scelto il sistema CombiTac. Per quanto riguarda le connessioni fluidiche, sono state gestite da tool changer di tipo standard.

“Con il CombiTac di Stäubli posso sfruttare l’ingombro ridotto del cambio utensile e realizzare diverse operazioni con un’unica attrezzatura: termografia, ultrasonografia convenzionale, radiografia, termografia a flash e scansione laser. Questo pacchetto di tecnologie è pressoché impossibile con altre soluzioni”, ha spiegato Pope. Questa configurazione non solo consente un significativo risparmio di spazio, ma offre anche un design multifunzionale che garantisce un’eccezionale flessibilità. Ciò permette, inoltre, agli agili robot TX200L di svolgere le loro funzioni ad altissime prestazioni, potenziando in modo considerevole la produttività grazie alla loro dinamicità.

Il sistema è progettato per funzionare anche in ambienti critici, esposti a fonti d’acqua e polvere di fibra di carbonio. Ad esempio, gli idrogetti sono elementi essenziali nei non-destructive testing (NDT) effettuati dai sistemi Arcadia. Stäubli ha progettato componenti pensati per resistere a queste condizioni d’uso estreme, incluse protezioni e alloggiamenti CombiTac water-resistant. I robot industriali della serie TX di Stäubli sono progettati per adattarsi a una vasta gamma di settori e condizioni operative, compresi gli ambienti particolarmente sensibili e gravosi. Il design del braccio a sei assi, completamente incapsulato, è reso possibile grazie ad un riduttore brevettato che consente di non avere cavi esterni. In questa specifica applicazione, il robot è stato equipaggiato con un kit di pressurizzazione opzionale che eleva il livello di protezione fino a IP65, impedendo l’infiltrazione di particelle e spruzzi d’acqua.