PROGETTO E SVILUPPO DI COMPONENTI, SISTEMI E METODOLOGIE INNOVATIVE PER IL MONTAGGIO E LO SMONTAGGIO DI PARTI MECCANICHE IN SISTEMI FLESSIBILI DI PRODUZIONE

Nella presente tesi di dottorato è descritto il lavoro di ricerca svolto in merito ai processi industriali nei quali si effettua il montaggio e lo smontaggio successivi di parti meccaniche, come nel caso delle operazioni di set-up di macchine utensili o di manutenzione di macchinari. Ciò che caratterizza questi processi è la loro esecuzione manuale, da parte di operatori addestrati, sulla base d’istruzioni cartacee non sempre chiare o facilmente consultabili. Il superamento di queste criticità rappresenta un obiettivo di primaria importanza per le aziende, data la dinamica turbolenta dei mercati globalizzati. Al fine di dare un contributo innovativo in questo campo di ricerca sono stati seguiti due percorsi principali: uno basato sullo studio di dispositivi che consentono l’esecuzione automatica delle operazioni di montaggio e smontaggio di parti meccaniche, l’altro indirizzato verso l’agevolazione dell’esecuzione manuale delle stesse operazioni tramite tecnologie all’avanguardia come la Realtà Aumentata. Si è scelto di studiare il caso delle attrezzature modulari portapezzo per lavorazioni di asportazione di truciolo, in quanto l’impiego di questi sistemi è caratterizzato dall’assemblaggio, dalla riconfigurazione e dal disassemblaggio manuale di elementi meccanici. Nella prima parte di questa tesi si riporta lo studio di una cella con robot cooperanti per il montaggio e lo smontaggio di attrezzature modulari. Sono stati progettati e realizzati degli elementi modulari innovativi che ispirandosi a quelli attualmente in commercio, risultano perfettamente congruenti con operazioni di manipolazione robotizzata. Sono stati inoltre progettati e realizzati i dispositivi necessari per il loro assemblaggio su di una piastra di base, con i quali è stata allestita una cella sperimentale con due robot: un antropomorfo a 6 gradi di libertà ed uno SCARA a 4 gradi di libertà. Grazie alla cella sono state eseguite le verifiche dell’assemblaggio di attrezzature innovative complete. In questa tesi si descrive anche lo studio di fattibilità ed i relativi test preliminari per verificare l’impiego di un sistema di scansione tridimensionale a luce strutturata quale strumento integrato per la misurazione degli errori di montaggio delle attrezzature da parte della cella. Tutte le prove hanno mostrato l’efficacia e l’efficienza delle soluzioni proposte, tanto che sulla base dei risultati ottenuti è stato realizzato un impianto pilota presso un’azienda partner in questa ricerca. Quale soluzione alternativa è stato studiato l’impiego della Realtà Aumentata nello stesso tipo di operazioni. È stata dunque realizzata una postazione di lavoro manuale denominata SCARF nella quale un operatore esegue il montaggio di attrezzature modulari guidato ed assistito da istruzioni virtuali generate da un computer e proiettate direttamente nello spazio di lavoro. Nella seconda parte di questa tesi sono descritti dunque i dispositivi impiegati per la realizzazione della postazione ed il software appositamente progettato per il suo funzionamento. La postazione SCARF è stata testata con successo dimostrandosi un’interessante alternativa all’uso di dispositivi automatizzati. In virtù degli ottimi risultati ottenuti è stata sviluppata una seconda applicazione della Realtà Aumentata, basata sull’impiego di un visore Head Mounted Display (HMD), per l’addestramento del personale alla conduzione di robot industriali. Grazie ad un computer portatile, vengono generate delle istruzioni operative che un utente vede attraverso il dispositivo HMD mentre si addestra direttamente sul robot. I test eseguiti con questo dispositivo e descritti nella tesi ne hanno mostrato la grande efficacia quale strumento di training on the job