La cella robotica ultracompatta GL-THTeasy.
Come automatizzare l’assemblaggio di circuiti stampati con tecnologia Through-Hole? La soluzione deve essere in grado di affrontare un asservimento dei componenti molto variabile e con impercettibili imprecisioni di posizionamento.
di Alfredo Pennacchi
L’assemblaggio dei circuiti stampati nella produzione elettronica è in gran parte automatizzato. Robot di vario tipo eseguono operazioni come il placement nell’SMD (Surface Mount Technology), la saldatura e l’ispezione ottica automatizzata (AOI).
Finora, l’eccezione era il montaggio Through-Hole dei cosiddetti componenti cablati, quali condensatori, bobine di potenza e connettori, che avveniva per lo più con assemblaggio manuale, dato che è un processo complesso che non può essere facilmente automatizzato.
Questa è la sfida che si è presentata agli ingegneri della Glaub Automation & Engineering GmbH di Salzgitter. “Un cliente ci ha chiesto se davvero non fossimo in grado di trovare una soluzione per automatizzare questa fase”, dice Niko Glaub, CEO dell’azienda. Una sfida che ha rappresentato l’avvio dello sviluppo di una soluzione. Il team di Glaub si è messo al lavoro con entusiasmo e la soluzione è oggi già in uso, ed è molto originale.
ASSEMBLAGGIO DI CIRCUITI STAMPATI
L’assemblaggio è fatto da un robot collaborativo a doppio braccio YuMi di ABB, che, grazie alla sua conformazione, può assemblare i circuiti stampati due volte più velocemente di un robot convenzionale.
Il processo automatizzato nella cella robotica ultracompatta GL-THTeasy si svolge in questo modo: il robot riceve, per esempio, i blister con i condensatori attraverso una linea di trasporto; un codice Data Matrix sul blister permette di identificare l’articolo; YuMi afferra quindi un condensatore dopo l’altro dal blister e lo posiziona con precisione sul circuito stampato.
In alternativa, può anche rimuovere i componenti elettronici da un contenitore ESD, per esempio, o da un trasportatore vibratorio. Questo è immediatamente seguito dalla saldatura dal basso. I blister vuoti vengono rimossi dall’impianto attraverso un sistema di ricircolo e quelli pieni vengono poi alimentati automaticamente.
BIN PICKING MIRATO
Tutto questo sembra abbastanza logico, e ci si può porre la domanda del perché tale processo di assemblaggio non sia stato automatizzato prima… Ma la robotica non era in grado di far fronte né all’alta variabilità dell’asservimento dei componenti, né alle impercettibili imprecisioni nel posizionamento dei componenti stessi. Ciò significa che le poche soluzioni robotiche messe in campo erano estremamente complesse, elaborate in termini di programmazione e in pratica non particolarmente affidabili.
La nuova cella robotizzata di Glaub utilizza invece, per la prima volta, delle telecamere intelligenti che montano una tecnologia di elaborazione delle immagini di Cognex, protagonista nel campo dell’elaborazione, raffinata e all’avanguardia, delle immagini industriali. La posizione dei componenti nei blister viene rilevata con telecamere 3D Area Scan, che permettono un bin picking mirato o anche dal trasportatore vibratorio, per poi misurare ulteriormente i condensatori e i circuiti stampati con l’aiuto di telecamere 2D.
Lettori di codici a barre DataMan acquisiscono i codici Data Matrix sui vassoi dei componenti.
COMBINAZIONE DI ROBOTICA ED ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI
L’elaborazione delle immagini è quindi elemento fondamentale per il successo di questo concetto risolutivo. Gli ingegneri di Glaub hanno collaborato con M-VIS Solutions GmbH per scegliere le telecamere adatte a questa applicazione.
M-VIS, che è solution partner di Cognex, ha sviluppato una soluzione con diverse telecamere che acquisiscono i codici Data Matrix sui blister e misurano e localizzano con precisione ogni singolo componente.
Vitali Burghardt, CEO di M-VIS Solutions, spiega: “Con la misurazione assoluta al 100% dei componenti e dei circuiti stampati, GL-THTeasy compensa ogni imprecisione in termini di componenti, di presa, di portapezzi e di trasportatori”. Significa che i componenti che non si adattano perfettamente vengono immediatamente eliminati.
I sistemi di visione In-Sight di Cognex misurano le parti e la scheda e guidano la pinza.
OTTO TELECAMERE PER CELLA
Nell’ideazione della soluzione, M-VIS con l’apporto di Cognex hanno scelto otto telecamere, quattro per ogni braccio del robot.
Un sistema di visione Cognex In-Sight 7802M misura i pezzi e fornisce le informazioni necessarie per correggere la posizione della pinza.
Un altro sistema di visione serie In-Sight 9912M di Cognex misura il circuito e, se necessario, corregge il movimento della pinza stessa durante il posizionamento del componente sulla scheda.
La telecamera 3D-A5060 con tecnologia 3D LightBurst™, in attesa di brevetto, e software integrato di elaborazione delle immagini VisionPro®, “vede” la posizione dei pezzi nella linea di asservimento.
Niko Glaub spiega questa fase in modo più dettagliato: “In ogni fase del processo, le telecamere acquisiscono la posizione effettiva del componente, della pinza e del circuito in relazione al componente elettronico. In altre parole, lo spazio supplementare dei componenti è allineato con le dimensioni reali delle posizioni di assemblaggio. Questo permette di trovare e rimuovere automaticamente il componente stesso, e poi assicura un montaggio Through-Hole totalmente accurato sulla base dei dati di posizione reali”.
Si tratta di un approccio che offre un ulteriore vantaggio: poiché i movimenti sono controllati da telecamere, gli operatori possono generare un nuovo modello di posizionamento senza programmazione. Le immagini prodotte dalle telecamere servono come base. Tale modalità semplifica e accelera non solo il montaggio ma anche la conversione. La cella robotizzata GL-THTeasy è quindi un ottimo esempio di automazione flessibile, che offre una soluzione intelligente per le esigenze attuali e anche future.
TEMPO DI CICLO VELOCE, AMMORTAMENTO RAPIDO
I due bracci di ABB YuMi lavorano simultaneamente 24 ore su 24, permettendo un funzionamento 24/7 ad alta velocità con un tempo di ciclo molto veloce, che può essere inferiore a 3 s in base ai componenti da installare e all’asseveramento. Anche il periodo di ammortamento è davvero interessante, circa 14 mesi dal primo utilizzo di GL-THTeasy.
La nuova cella robotizzata si distingue in diversi punti, supportando così il suo utilizzo: innovazione, affidabilità, efficienza e durabilità nel tempo.
Secondo Glaub e M-VIS, non c’è dubbio che questa soluzione smart, grazie al metodo flessibile ed efficiente, convincerà in futuro molte altre aziende di produzione elettronica ad automatizzare la fase del processo di assemblaggio dei circuiti stampati. ©TECNeLaB
Le telecamere 3D-A5060 3D individuano con precisione la posizione delle parti nella linea di alimentazione.
