Un nuovo passo avanti nell'assemblaggio assistito dalla metrologia

Negli ultimi anni ho avuto la fortuna di partecipare a un progetto molto interessante con il colosso dell'energia eolica Siemens Gamesa. Si trattava di trovare una soluzione per la misura e l'allineamento dei grandi statori utilizzati nelle turbine eoliche che l'azienda produce nella sua fabbrica di Cuxhaven, nel nord della Germania. 

Il progetto è iniziato proprio con il coinvolgimento di Marius Fuerst-Sylvester, tecnico di calibrazione del team Offshore Operations del sito di Cuxhaven. Marius lavora in Siemens Gamesa dal 2017, anche se la sua esperienza nel settore della misura risale a molto prima. Vanta una forte competenza nel campo della fotogrammetria e dei sistemi di scansione a luce strutturata e in particolare ha lavorato molto con le soluzioni di fotogrammetria della serie DPA di Hexagon. 

Marius è stato infatti determinante nella fase che ha portato lo stabilimento di Siemens Gamesa a Cuxhaven ad adottare la nostra tecnica di fotogrammetria della serie DPA non appena è entrato a far parte del team, forte delle sue precedenti esperienze positive con il sistema e dei suoi buoni rapporti con i tecnici di Hexagon. L'introduzione della tecnica di fotogrammetria di Hexagon a Cuxhaven ha portato il nostro team ad avere una conoscenza approfondita del sito, del gruppo responsabile del progetto e delle principali applicazioni.

Dunque la genesi di questo progetto è avvenuta nel 2018 quando Marius mi ha chiamato con un'idea. È andato dritto al punto e mi ha detto di essere alla ricerca di un sistema di misura dinamico da abbinare a un dispositivo di misura assoluto che gli permettesse di misurare e allineare correttamente gli statori di enormi dimensioni mentre venivano installati. Conoscevo il sistema che utilizzavano al momento, che era costituito da due sistemi mobili di fotogrammetria della nostra serie DPA e Marius mi ha spiegato come ciò rendesse il processo estremamente lento a causa delle molte possibilità di errore dell'operatore.

Il suo obiettivo era quello di sfruttare gli aspetti positivi del sistema di fotogrammetria in uso, introducendo un sistema di coordinate che avrebbe aiutato l'allineamento e un elemento automatico che avrebbe potuto migliorare ulteriormente la produttività. Sebbene l'idea fosse in qualche modo "fuori dagli schemi", in quel contesto mi sembrava che un laser tracker avrebbe rappresentato la soluzione più "ovvia" da inserire in qualche modo in questo sistema per realizzare la componente di posizionamento assoluto. Si trattava tuttavia di qualcosa che di certo non avevamo mai fatto prima in Hexagon e non esistevano progetti di sviluppo di un tale sistema all'interno dell'azienda.

Ho messo Marius in contatto con il nostro team di sviluppo interno per discutere meglio il progetto e a essere onesti non mi aspettavo di sentirne più parlare per lungo tempo. Ma il giorno dopo ho ricevuto un'altra telefonata, questa volta dal mio collega Timo Dillemuth del Product Management and Business Development. Aveva già parlato con Marius della Siemens Gamesa ed era davvero entusiasta dell'idea. Era perfetto per il nostro obiettivo di sviluppare tecniche di assemblaggio assistito dalla misura e l'azienda era a conoscenza della commercializzazione di un prodotto concorrente per applicazioni simili che funzionava senza un componente laser tracker. Ciò significava che avevamo il via libera per procedere e iniziare a pensare a un sistema di questo tipo.

Inizialmente abbiamo avuto l'idea di combinare due sistemi MoveInspect XR8, aggiungere un binario, posizionare alcuni obiettivi dietro di esso e seguirli con un laser tracker. Ma le dimensioni dello statore non rientrano nel campo visivo del sistema XR8: avevamo bisogno di qualcosa di dimensioni maggiori. 

Cinque o sei anni prima avevamo sviluppato diversi sistemi di fotogrammetria per il settore aerospaziale in Germania, costruiti utilizzando telecamere montate su un telaio di polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) progettato su misura. Questa sembrava la soluzione perfetta: la dimensione speciale del telaio ci ha permesso di costruire un sistema con il campo visivo più ampio di cui Siemens Gamesa aveva bisogno, mentre sapevamo già che la struttura CFRP avrebbe fornito la solidità necessaria per garantire l'affidabilità su dimensioni così grandi.

Abbiamo presentato queste idee di massima in una riunione preliminare a Cuxhaven nel giugno 2019. Non avendo nulla di più di una semplice idea, per l'occasione avevo preparato alcune slide, insieme a uno schizzo molto semplice che era stato appena abbozzato a mano sul mio tablet. Ma quell'idea, con alcune modifiche, era in sintesi il sistema che alla fine abbiamo realizzato, che prevedeva la rotazione dello statore di fronte a un telaio fisso su cui erano montate delle telecamere e un tracker per allineare le misure all'interno di un sistema di coordinate creato da una costellazione di riflettori grandangolari, una soluzione di tecnologia ibrida che crediamo sia la prima del suo genere. Si può leggere qui qualche dettaglio in più sul progetto.

E fu così che tutto ebbe inizio: sei mesi dopo il progetto fu approvato e cominciammo a sviluppare i nostri prototipi. Ora siamo nel 2021 e nonostante tutti gli sconvolgimenti dell'ultimo anno, il sistema ultimato è installato e operativo a Cuxhaven e finora ha dato risultati molto positivi.

Penso che ciò che è stato importante per far decollare questo progetto e renderlo un successo è stata la stretta e positiva collaborazione tra i membri dei team di Hexagon e di Siemens Gamesa di Cuxhaven. E altrettanto fondamentale è stata l'ottima capacità di Marius di comprendere i vantaggi derivanti da un sistema basato sulla fotogrammetria e di sapere esattamente cosa potevamo e non potevamo fare con la nostra tecnologia.

Alla fine abbiamo ottenuto un sistema davvero unico. La fotogrammetria, utilizzata in combinazione con il laser tracker, crea un sistema di misura perfetto per questo tipo di applicazione. Possiamo misurare più punti allo stesso tempo, il che ci permette di allineare perfettamente questi grandi componenti flessibili dello statore all'interno del sistema di riferimento globale di coordinate fornito dal tracker e dai riflettori.