Progetto di ricerca di successo sui robot di misurazione autonomi

Il robot di misurazione autonomo riconosce autonomamente il suo obiettivo con l'aiuto di telecamere e si allinea alla carrozzeria per ispezionare fessure e giunzioni nelle posizioni desiderate senza interazione umana.

– La tendenza verso una maggiore modularità e una più ampia varietà di varianti nella produzione richiede un controllo qualità più flessibile
– Un consorzio composto da ZEISS, l'Istituto di Tecnologie Laser in Medicina e Misurazione (ILM), l'Istituto di Misura, Regolazione e Microtecnica (MRM) dell'Università di Ulm e BMW ha condotto con successo ricerche su una soluzione futura

ZEISS, in qualità di fornitore leader di soluzioni innovative nel campo della tecnologia di misurazione inline, che combina con ZEISS AICell trace il monitoraggio dei processi in tempo reale e la tecnologia di misurazione inline metrologicamente tracciabile in una cella, conosce attraverso lo scambio con i propri clienti le loro esigenze e strategie. Con il finanziamento del Ministero federale dell'istruzione e della ricerca (BMBF), ZEISS ha sviluppato, in un consorzio con i partner BMW, l'Istituto di Misura, Regolazione e Microtecnica (MRM) dell'Università di Ulm e l'Istituto di Tecnologie Laser in Medicina e Misurazione (ILM), un concetto di un robot di misura autonomo (AuMeRo) come risposta a queste evoluzioni. Un esempio completamente funzionale ha già dimostrato quest'anno che l'AuMeRo può gestire compiti come l'ispezione delle fessure e l'adesione di parti di carrozzeria non verniciate o verniciate in piena autonomia.

“Una linea di produzione rigida per un prodotto standard, sulla quale si produce il massimo numero di pezzi possibile — questo concetto consolidato potrebbe presto essere superato,” ha affermato Manuel Schmid, product manager di ZEISS IQS. Le richieste sempre più individualizzate dei clienti portano a una crescente varietà di varianti nei prodotti e, di conseguenza, a una necessaria modularizzazione nella loro produzione. Settori particolarmente colpiti, come l'industria automobilistica, pianificano quindi di risolvere a lungo termine i processi di produzione sequenziali con stazioni altamente specializzate, sostituendoli con isole di produzione flessibili.

Competenze combinate per un sistema intelligente e autonomo

AuMeRo è una piattaforma rettangolare con ruote inferiori e un braccio robotico con un sensore di misurazione ottico sopra. “Questo aspetto hardware di per sé non è certo rivoluzionario,” spiega il Dr. Matthias Karl della Ricerca di Gruppo ZEISS. “L'obiettivo principale era creare, sul lato software, l'intelligenza necessaria per il movimento autonomo verso l'oggetto, la sua misurazione e l'elaborazione dei dati.” Per affrontare questa sfida nel progetto di ricerca, i partner hanno unito le proprie competenze principali.

L'Istituto di Misura, Regolazione e Microtecnica dell'Università di Ulm si concentra sulla guida autonoma in collaborazione con diversi costruttori automobilistici. Ha sviluppato e implementato la soluzione di navigazione per la piattaforma di misurazione mobile, che le permette di muoversi autonomamente verso l'oggetto target e di evitarne gli ostacoli in modo sicuro. L'Istituto di Tecnologie Laser in Medicina e Misurazione ha lunga esperienza nella tecnologia di misurazione ottica. Ha studiato e sviluppato un metodo per la misurazione simultanea di parti di carrozzeria grezze, colorate e verniciate con superfici non cooperative, utilizzando lo stesso strumento di misurazione. ZEISS, come coordinatore del consorzio, ha contribuito con ZEISS Industrial Quality Solutions (IQS) e la Ricerca di Gruppo, con due dipartimenti specializzati: ZEISS IQS ha fornito la tecnologia ottica di misurazione applicativa, mentre la Ricerca di Gruppo ZEISS ha garantito il movimento del braccio robotico, il riconoscimento degli oggetti e il controllo delle posizioni di misurazione tramite riconoscimento ottico delle immagini in combinazione con l'apprendimento automatico. Il partner applicativo BMW, uno dei principali costruttori di automobili di alta gamma, ha dato al progetto un contesto pratico tangibile.

Soddisfare le esigenze individuali dei clienti e aumentare l'efficienza allo stesso tempo

“L'utente seleziona tramite software un oggetto, ad esempio una portiera, la sua posizione approssimativa e poi il piano di misurazione rilevante. Da quel momento, AuMeRo agisce in modo completamente autonomo,” spiega Manuel Schmid. Il riconoscimento dell'oggetto avviene tramite telecamera e si basa su un gemello digitale dell'oggetto stesso. Per la misurazione vera e propria, la piattaforma mobile è dotata di sensori ottici aggiuntivi: a questo scopo, all'ILM è stato sviluppato uno strumento di misurazione speciale con vantaggi per tempi di misurazione brevi e ambienti robusti, che utilizza la holografia digitale a lunghezze d'onda multiple. In questo modo, è possibile ottenere dati topografici di un'intera superficie in un singolo scatto, anche per superfici diffuse e/o riflettenti. Dopo che la piattaforma ha individuato e raggiunto l'oggetto, il braccio robotico muove la testa di misurazione secondo le esigenze del programma di misurazione, tenendo conto delle condizioni spaziali attuali. “Grazie alla sua capacità di mobilità autonoma e riconoscimento degli oggetti, AuMeRo è pronto per un futuro in cui le isole di produzione mobili e modulari saranno la norma, e permette di effettuare misurazioni ovunque e in qualsiasi momento siano necessarie,” afferma Schmid. “Può già oggi sfruttare appieno i propri vantaggi per i produttori, ad esempio durante audit di prodotto, dove attualmente le misurazioni e la documentazione vengono eseguite manualmente nel laboratorio di misurazione. Con AuMeRo, tutto questo diventa molto più efficiente, automatizzato e riproducibile, con risultati di misurazione di alta qualità e costante affidabilità.”

“Abbiamo dimostrato con il progetto di ricerca che il concetto funziona senza restrizioni e può essere facilmente adattato a nuovi oggetti e piani di misurazione. Le porte sono così spalancate a questa tecnologia,” afferma il coordinatore generale del consorzio, il Dr. Matthias Karl. Jan-Klaus Dziergwa, responsabile del progetto di carrozzeria e gestione della qualità del BMW Group, è entusiasta del risultato: “In BMW siamo molto interessati a soddisfare le esigenze individuali dei clienti e a migliorare continuamente l'efficienza durante la produzione e il controllo qualità. Ciò richiede metodi e tecnologie innovative, e AuMeRo ne è un esempio eccellente.”