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Serve una lucidatura a specchio? I robot di SYMPLEXITY saranno presto in grado di farla

symplexity

La lucidatura è una delle fasi essenziali della produzione industriale: un processo necessario, perlopiù manuale, che crea sulle superfici lavorate un effetto opaco, lucido, a specchio, liscio o qualsiasi altra finitura si desideri. I metodi di rifinitura delle superfici vanno dall’uso della carta abrasiva a quello del laser da parte di operatori a cui spetta anche il giudizio sui risultati ottenuti: il processo è sempre stato orgogliosamente considerato un’operazione esclusivamente artigianale e, in quanto tale, difficile da replicare e valutare in maniera oggettiva.

Vi siete mai chiesti perché la lucidatura industriale non viene affidata ai robot? Sicuramente una macchina che non si stanca mai e che esegue lo stesso movimento di precisione all’infinito potrebbe essere adatta per questo tipo di operazioni. Tra quelli che la pensano così c’è SYMPLEXITY, un partenariato che coinvolge il mondo accademico e l’industria di tutta Europa. Formato da 15 partner provenienti da sei nazioni, SYMPLEXITY è il frutto di tre progetti esistenti incentrati su programmazione, finitura superficiale e collaborazione uomo-robot.

La lucidatura non è poi così semplice

I compiti di un robot industriale sono semplici e ripetitivi: decine di robot svolgono azioni precise con pochi movimenti, ad esempio nei processi di assemblaggio delle automobili. Per un robot, però, lucidare una superficie o una qualsiasi parte di un oggetto vuol dire muoversi su un’infinità di punti, variando ogni volta metodo, angolo di approccio e forza adattandoli alle diverse parti. Se per un uomo rimuovere cinque micron da un oggetto è facile, chiedere la stessa cosa ad una macchina richiede un livello di programmazione completamente nuovo. Un operaio finitore esperto può anche capire con un’occhiata se una superficie è sufficientemente lucida tuttavia, senza una base di valori matematici, il concetto di lucido non ha alcun significato per il software che dovrebbe guidare il robot.

Secondo Sebastian Hähnel, coordinatore del progetto SYMPLEXITY e scienziato dell’Istituto Fraunhofer di Ingegneria della produzione di Aachen, in Germania, il migliore dei mondi possibili sarebbe quello dell’intelligenza collaborativa. “Cerchiamo di cogliere i vari aspetti dell’intelligenza dei lavoratori, come la sensibilità delle mani, l’adattabilità e la flessibilità”, prosegue Hähnel.

abrasive polishing by robot
Un robot esegue una lucidatura abrasiva. Per gentile concessione di SYMPLEXITY.

La soluzione dei problemi del futuro?

Ma non si tratta solo di lucidatura: Fausto Romagnani, proprietario della milanese Romagnani Stampi, fornitrice di stampi a iniezione e compressione per l’industria automobilistica, considera SYMPLEXITY come la corsa allo spazio degli anni Sessanta: un programma che vuole risolvere problemi industriali che non esistono ancora. SYMPLEXITY porta i partner ad ottenere dal programma risultati di ricerca o commerciali, con un occhio di riguardo e il pieno sostegno per gli spin-off che derivano da questi sforzi.

Una delle macchine utensili più promettenti nata da SYMPLEXITY è la cella SIR, una cella robotizzata che prende il nome dal partner del consorzio che l’ha prodotta: Soluzioni Industriali Robotizzate di Modena. Basata sulla tecnologia esistente che prevede l’utilizzo di mandrino, portautensili e altri componenti usati comunemente per i dispositivi di fresatura e CNC, la cella robotizzata SIR è caratterizzata da capacità estremamente avanzate controllate dal PowerMill Robot di Autodesk.

Molti degli algoritmi di programmazione che guideranno i robot per la lucidatura di SYMPLEXITY saranno gestiti tramite l’apprendimento automatico. Un aspetto fondamentale delle innovazioni attese dall’apprendimento automatico è la metrologia delle superfici, un processo attraverso il quale il robot misura la superficie e fornisce valori significativi per la prestazione che si vuole raggiungere. Sistemi di sensori raccolgono le informazioni relative a ogni caratteristica di rifinitura e forniscono valori matematici riferiti a lucentezza, difetti, ruvidità e così via.

Quello che la ricerca conta di mostrare è che se, ad esempio, il sistema metrologico rileva una superficie con una qualità insufficiente, il sistema ad apprendimento automatico varierà un’azione o un parametro in base al modello analitico: potrebbe programmare una forza più intensa, in modo da velocizzare la rimozione, correggendo processi futuri su superfici simili e con gli stessi parametri iniziali. Per il sistema, il passo successivo dopo una tale correzione del ciclo di azioni sarà quello di operare delle scelte informate su forza, angolo, velocità di lucidatura e così via, prima dell’avvio e in base ai bisogni della parte da trattare. I programmatori del software di SYMPLEXITY pensano ad un futuro in cui i file CAD conterranno al loro interno istruzioni che serviranno ai robot per rifinire meglio le parti.

SYMPLEXITY SIR Cell
La cella robotizzata SIR. Per gentile concessione di SYMPLEXITY.

Il futuro della lucidatura robotizzata

Secondo la ricerca di SYMPLEXITY, oggi il 90 per cento delle rifiniture è fatto a mano, ma i robot che sta progettando potranno ridurre la proporzione a circa il 20 per cento, lasciando che la parte restante sia completata da robot con la supervisione umana. Ma che tipo di relazione si instaurerà? Secondo Romagnani, questo è il motivo per cui esiste SYMPLEXITY: “A quale tipo di risultato possiamo arrivare?” si domanda. “Si va dalla lucidatura grossolana alla lucidatura a specchio e i robot, probabilmente, faranno qualcosa a metà strada. Quali sono i limiti imposti dalla metrologia? Quale il limite tra uomo e robot? Quali le aree di sovrapposizione?”

Queste sono domande tendenziose: gli uomini sono sicuramente più capaci di rifinire una superficie, basandosi su esperienza e intuito, ma i robot saranno più veloci ed efficienti (e non avranno bisogno di pause per andare in bagno). Se i robot vengono istruiti, potranno diventare in gamba come gli esseri umani sotto ogni punto di vista?

“La capacità di compiere all’infinito le stesse traiettorie è un vantaggio per assicurare la qualità delle parti realizzate”, prosegue Hähnel. “I robot possono anche essere usati per carichi di lavoro più gravosi: ad esempio, possono essere liberi di muoversi con utensili che un uomo non riuscirebbe nemmeno a sollevare o a spostare”.

Dare vita ai dati metrologici

Con queste tecnologie, anziché essere l’uomo a creare una serie di regole soggettive per stabilire se una parte è rifinita a sufficienza, il lavoro di rifinitura ultimato può generare dati matematici per valutare la qualità della prestazione. Uno degli aspetti più stimolanti di SYMPLEXITY è lo sviluppo dei mezzi per vedere la qualità dei dati di superficie usando la realtà aumentata (AR). Uno dei vantaggi di questa tecnologia consiste nel limitare i rischi derivanti dal fidarsi esclusivamente della vista e della valutazione umana. Ci sarà sempre bisogno di un esperto che approvi i risultati ma, se le misurazioni delle caratteristiche sono quantificabili, i relativi dati possono essere collegati direttamente agli standard di assicurazione della qualità (AQ).

Usando il visore HoloLens di Microsoft, gli operatori della cella SIR possono vedere i dati metrologici sulla superficie di un componente reale. Per gentile concessione di SYMPLEXITY.
 
Vista dal visore HoloLens con i dati metrologici. Per gentile concessione di SYMPLEXITY.

Attualmente, per misurare la qualità di una superficie, la cella SIR impiega il sistema metrologico QISAB CWS 640, che permette di riportare qualcosa come 13 parametri di dati. Il visore HoloLens di Microsoft può poi far visualizzare questi dati all’utente, usando la realtà aumentata per sovrapporre i dati all’oggetto reale. Cliente e operatore possono entrare nella cella SIR e rivedere i dati attraverso le cuffie HoloLens: questo fa sì che la cella SIR sia, allo stesso tempo, un macchinario per produrre e uno strumento per il controllo qualità.

I dati metrologici non sono una novità, ma la realtà aumentata può significare la fine delle rappresentazioni 2D sullo schermo: piuttosto che dover immaginare in che modo un parametro potrà influenzare il componente, con questo sistema l’informazione compare direttamente sulla superficie. Gli utenti possono vedere dai dati dove è necessario un altro utensile o processo e prendere così decisioni migliori e più veloci: una caratteristica avvincente le cui potenzialità vanno ben oltre la lucidatura industriale.

Dopo aver completato alcune fasi di prova e di preparazione, i partner SYMPLEXITY sono pronti per lanciare applicazioni reali. Se avranno successo, quali saranno gli sviluppi di SYMPLEXITY? Le celle robotizzate SIR saranno disponibili in commercio? La realtà virtuale diventerà un plug-in per il software CAM?

Ciascun partner del consorzio detiene la proprietà intellettuale che gli compete, SYMPLEXITY mette semplicemente insieme l’esperienza, le tecnologie complementari e le idee. Per alcuni, ciò significa raggiungere ulteriori sviluppi, magari con altri partner in nuovi consorzi. Per altri, significa mettere in vendita proprio i prodotti richiesti dal mercato. In entrambi i casi fa ben sperare per il futuro della produzione, delle capacità dei robot e della collaborazione uomo-robot.

EU Grant Agreement 637080

Informazioni sull'autore

Dopo essere cresciuto con la consapevolezza di voler cambiare il mondo, Drew Turney ha capito che invece era più semplice parlare di persone capaci di farlo. Drew Turney è un autore che scrive di tecnologia, cinema, scienza, libri e altro ancora. Il presente articolo è tratto da Redshift, il sito Autodesk creato per ispirare progettisti, ingegneri, costruttori e maker.

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