Thales Alenia Space

01 IN BREVE

L’ispezione delle schede PCB è un’attività complessa che richiede assoluta precisione. Thales Alenia Space ha introdotto una soluzione di automazione collaborativa che automatizza il processo integrando nell’ispezione – oltre alla robotica collaborativa – anche elementi di Realtà Aumentata che semplificano e rendono molto più ergonomico e preciso il processo ispettivo.

02

SFIDA

Thales Alenia Space era alla ricerca di una soluzione per automatizzare il controllo qualità operato sulle schede PCB di installazione satellitare. Il task era estremamente delicato e richiedeva precisione ed elevata ripetibilità, oltre a presentare una serie di sfide ergonomiche per l’operatore.

Le schede, infatti, vengono ispezionate tramite camere di precisione microscopica per rilevare anche la minima difformità rispetto alla matematica progettuale. L’operatore – prima dell’installazione di ARVIN - era chiamato a confrontare simultaneamente l’immagine ripresa dalla camera e il CAD originario della scheda, rilevando eventuali difformità.

Questa attività risultava estremamente affaticante per l’operatore. Inoltre, il maneggiare manualmente la scheda, la esponeva al rischio di danneggiamenti.

03 Soluzione:

HRC, system integrator torinese, ha sviluppato per Thales Alenia Space la cella ARVIn, una soluzione che integra un robot collaborativo Universal Robots UR10 sul cui polso è integrata una camera di ispezione di precisione microscopica. È parte integrante della cella un software che consente lo spostamento della camera sulle feature della scheda e – tramite protocolli di realtà aumentata integrati in esso – sovrappone a schermo immagini riprese e CAD della scheda, consentendo all’ispettore di verificare (su un unico terminale video) la reale corrispondenza fra scheda e progetto.

Lo sviluppo della cella ha inoltre richiesto un attento studio dei sistemi di illuminazione interna per assicurare sempre la corretta esposizione fotometrica alla camera di ispezione.

Fasi di processo:

Il processo di ispezione viene suddiviso in due fasi distinte:

1. Inizializzazione dell’ispezione
2. Ispezione

Inizializzazione

Durante l’inizializzazione dell’ispezione, il software procede con l’avvio e il controllo di tutti i dispositivi del macchinario per garantire l’alta 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 braccio cobot della macchina effettua vari movimenti automatici atti a 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 cui vengono generati le immagini dello schema e le informazioni per singolo componente.

Lo schema viene allineato alla scheda per attivare la funzione di realtà aumentata.

Ispezione

L’allineamento procede in due stadi distinti, il primo automatico, dove il programma individua la scheda sul piano di ispezione e il secondo manuale, richiedendo all’utente un raffinamento della sovrapposizione indicando il punto esatto dei fiducial. Il software, usando i dati del seriale della scheda, è in grado di riprendere un’ispezione interrotta anche se non salvata volontariamente dall’utente. Durante l’ispezione invece l’interfaccia viene focalizzata sulle riprese della camera con ottiche microscopiche Leica e corredata di svariate funzionalità.

Le principali sono:

• Zoom microscopico: 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 una conseguente ingrandimento della realtà virtuale.
  
  
• Esplorazione libera della scheda: Utilizzando il mouse o una gesture sul display touch (drag) è possibile sportare l’inquadratura lungo tutta la scheda anche variando l’angolo di visualizzazione per cogliere dettagli quali menischi.
  
  
• Esplorazione guidata della scheda: Utilizzando degli appositi pulsanti, il software può portare l’attenzione della camera sui componenti ancora da esaminare. Eventualmente si può scegliere il componente da una lista.
  
  
• Schema (con lista): Permette di selezionare il tipo di schema da visualizzare (es: polarità, evidenza dei componenti montati in una determinata fase, componenti trattati con degolding, etc).
  
  
• Modifica regioni/Aggiungi regione/Rimuovi regione: Le regioni servono per poter suddividere una scheda e ispezionarne solo una porzione alla volta.
  
  
• Aggiunta di difettosità: Aggiunta di difettosità sia con tag virtuali sia con descrizioni complete.
  
  
• Identificazione componente ripreso: Toccando lo schermo touch, il software riconoscerà il componente visualizzandone le caratteristiche.
  
  
• Abilitazione/ disabilitazione schema AR

A corredo di queste macro-funzionalità, il software rende possibile l’esecuzione di numerose 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 e corredati eventualmente di foto scattate in automatico dal software
• Salvataggio di foto
• Riallineamento schema (in caso di spostamento della scheda).

Nella parte sinistra della schermata di lavoro, sono presenti i comandi che permettono di inclinare la camera fino a 60° e di farla ruotare attorno al componente inquadrato.

Il programma è in grado di acquisire una sequenza di foto in completa autonomia e di “unirle” insieme al fine di creare una foto di maggiori dimensioni su un’area più vasta.

04 Vantaggi:

In seguito all’integrazione operativa della cella ARVIn, Thales ha registrato alcuni importanti vantaggi sia di carattere ergonomico che produttivo.

Da un punto di vista delle attività umane, la cella permette all'operatore un'ispezione più agevole e meno affaticante. CAD originale e riprese in altissima definizione della scheda ispezionata vengono sovrapposte, con algoritmi di realtà aumentata, sul medesimo schermo video. In questo modo l'operatore non deve più spostare lo sguardo dalla scheda al progetto CAD. Attività che causava notevoli difficoltà ergonomiche all'apparato visivo dell'operatore stesso.

In secondo luogo, grazie all'intervento del robot collaborativo UR, la scheda viene ispezionata da remoto non andando incontro a rischi di danneggiamento tramite contatto e manipolazione umana.