IT201600098965A1 - Metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzature - Google Patents
Metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzatureInfo
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Description
TITOLO
METODO PER L’ESECUZIONE DI LAVORAZIONI LASER SU FONDI DI
CALZATURE
DESCRIZIONE
SETTORE TECNICO
La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico dell’industria calzaturiera e riguarda un metodo per l’esecuzione di decorazioni su parti di calzature, in particolare fondi.
STATO DELL’ARTE
In molti casi, i fondi di calzature riportano sulla superficie laterale e/o inferiore loghi o altri elementi decorativi bidimensionali o anche tridimensionali. Nel primo caso tali elementi decorativi sono convenzionalmente ottenuti per verniciatura oppure per stampaggio o marcatura.
Le suddette tecnologie hanno dei limiti intrinsechi. La verniciatura permette di realizzare elementi decorativi esclusivamente bidimensionali, vale a dire giacenti sulla superficie del fondo della calzatura. Lo stampaggio è invece una tecnica che permette di ottenere elementi decorativi tridimensionali, vale a dire incavati o a rilievo, e tuttavia è adatta solo alle produzioni in serie numerose a causa degli elevati costi degli stampi.
E’ nota anche la possibilità di eseguire marcature tramite lavorazioni laser. Nel settore delle calzature la marcatura laser viene utilizzate principalmente per ottenere incisioni e forature nella superficie della pelle che forma la tomaia della calzatura, ma anche per stampigliare segni distintivi o altri elementi decorativi sul fondo della calzatura. In ogni caso, la marcatura laser avviene o su una superficie piana che viene fatta avanzare sotto la testa laser, manualmente o in modalità automatica, in direzione ortogonale alla direzione del raggio laser, oppure avviene su una superficie eventualmente anche leggermente bombata, ma in modalità statica. Per i suddetti motivi, nelle tomaie, le quali possono essere lavorate in configurazione piana prima dell’assemblaggio della calzatura, possono essere realizzati tramite marcatura laser elementi decorativi anche superficialmente molto estesi, articolati, complessi e tridimensionali, mentre nei fondi, i quali presentano superfici curve rigide, è possibile realizzare tramite marcatura laser elementi decorativi (o funzionali, quali fori o altro) di estensione superficiale ridotta.
SINTESI DELL’INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è perciò quello di proporre un metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzature che permetta di realizzare su fondi di calzature lavorazioni di vario tipo quali motivi superficiali, decorazioni a rilievo, fori ed altro ancora estesi per qualunque porzione della superficie del fondo.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di proporre un metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzature in modo completamente automatizzato.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di proporre un metodo per l’esecuzione completamente automatizzata di lavorazioni laser su fondi di calzature senza richiedere l’utilizzo di macchinari complessi e costosi quali centri di lavoro a controllo numerico o simili.
Questi ed altri scopi sono pienamente raggiunti con un metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzature in cui: una testa di lavorazione laser è disposta in corrispondenza di una postazione di lavorazione per emettere un raggio laser in un volume utile di lavorazione; un braccio robotizzato ad almeno 6 assi controllati provvisto di un attrezzatura idonea a trattenere un fondo di una calzatura che deve essere lavorato è disposto in prossimità di detta postazione di lavorazione in modo che il suo volume d’azione comprenda la suddetta postazione di lavorazione ed una postazione di carico/scarico del fondo; un’unità di controllo è in grado di controllare il suddetto braccio robotizzato e la suddetta testa di lavorazione laser. Il metodo dell’invenzione si caratterizza per il fatto di prevedere fasi di: ottenimento di un modello matematico 3D della superficie da lavorare di detto fondo; applicazione su detto modello matematico 3D della superficie da lavorare di immagini corrispondenti al motivo decorativo da realizzare; scomposizione automatica di detto modello matematico 3D della superficie da lavorare in porzioni di superficie, detta scomposizione automatica avvenendo in funzione di parametri limite preimpostati di dette porzioni di superficie (tra i quali almeno un angolo di curvatura massimo della porzione di superficie ed una dimensione massima di detta porzione di superficie); creazione automatica di programmi di movimento di detto braccio robotizzato e di programmi di lavorazione di detta testa laser, ciascuno di detti programmi di lavorazione di detta testa laser comprendendo il programma di lavorazione di una di dette porzioni di superficie, detti programmi di movimento di detto braccio robotizzato comprendendo un programma di spostamento di detto braccio robotizzato dalla postazione di carico alla posizione di lavorazione di una porzione di superficie da lavorare per prima, programmi di spostamento di detto braccio robotizzato da una porzione di superficie ad una porzione di superficie successiva, e programmi di spostamento di detto braccio robotizzato da una porzione di superficie da lavorare per ultima alla postazione di scarico; trasferimento di detti programmi di movimento di detto braccio robotizzato e di detti programmi di lavorazione di detta testa laser a detta unità di controllo; attivazione di detto braccio robotizzato e di detta testa laser da parte di detta unità di controllo per l’esecuzione, in successione ed in modo alternato, di detti programma di movimento di detto braccio robotizzato e di detti programmi di lavoro di detta testa laser.
Il metodo sopra delineato permette di realizzare in modo completamente automatico motivi decorativi o anche lavorazioni funzionali su tutta la superficie di fondi di calzature utilizzando un attrezzatura relativamente economica rispetto a complessi centri di lavoro a sei assi controllati.
Vantaggiosamente, la fase di creazione dei programmi di movimento prevede il calcolo dei tempi di esecuzione dei possibili programmi di movimento e la definizione dei programmi di movimento e della loro successione in modo da minimizzare la somma dei tempi di esecuzione di tutti i programmi di movimento che fanno parte del ciclo di lavorazione di un fondo.
Ancora vantaggiosamente, le fasi di ottenimento del modello matematico 3D della superficie da lavorare e di applicazione su detto modello matematico 3D della superficie da lavorare di immagini corrispondenti al motivo decorativo da realizzare comprendono la realizzazione di un modello matematico 3D della superficie da lavorare, il successivo sviluppo piano in un modello matematico 2D di detta superficie da lavorare, l’applicazione sul suddetto modello matematico 2D delle suddette immagini corrispondenti al motivo decorativo da realizzare in formato vettoriale ed infine la riconversione del modello 2D con immagini in formato vettoriale applicate nel modello matematico 3D della superficie da lavorare con le immagini in formato vettoriale applicate.
Ancora vantaggiosamente ad ogni primitiva geometrica di dette immagini vettoriali è associato un valore che viene fatto corrispondere ad un determinato valore di potenza di lavorazione di detta testa laser e quindi alla profondità di lavorazione da eseguire tramite detta testa laser in corrispondenza di detta primitiva geometrica.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Le caratteristiche dell’invenzione ed i relativi vantaggi risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una preferita forma di attuazione del metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzature, con l’ausilio delle allegate tavole di disegno allegate, nelle quali:
- la Figura 1 mostra una vista prospettica di un fondo di calzatura;
- la Figura 2 mostra una vista prospettica di un modello matematico 3D della superficie da lavorare del fondo di fig.1;
- la Figura 3 mostra lo sviluppo piano della superficie da lavorare di fig.2 su cui sono applicate immagini corrispondenti a motivi decorativi da ottenere sul fondo di fig.1;
- la Figura 4 mostra una vista prospettica del modello matematico 3D della superficie da lavorare con applicate le immagini corrispondenti ai motivi decorativi da ottenere sul fondo di fig.1;
- la Figura 5 mostra una tabella di configurazione dei parametri in funzione dei quali viene eseguita la scomposizione automatica della superficie da lavorare in porzioni di superficie;
- la Figura 6 mostra il modello matematico 3D di fig. 4 con evidenziata la relativa scomposizione in porzioni di superficie;
- la Figura 7 mostra in vista prospettica di una porzione di una cabina di lavorazione per l’attuazione del metodo dell’invenzione in cui è presente una testa di lavorazione laser ed un braccio robotizzato a sei assi controllati in una posizione di carico e scarico;
- la Figura 8 mostra in vista prospettica analoga alla precedente la cabina di lavorazione con il braccio robotizzato in una posizione di lavoro;
- la Figura 9 mostra un dettaglio di fig.8.
DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE
Con riferimento alle figure, è descritta una forma realizzativa preferita di un metodo per la lavorazione laser di fondi per calzature secondo la presente invenzione.
Un fondo, F, mostrato in fig.1, è una suola di un sandalo con tacco a zeppa il quale presenta una superficie superiore, SU, di appoggio del piede, una superficie inferiore, B, che costituisce il battistrada della calzatura, ed una superficie laterale, SL. Nella forma realizzativa di seguito descritta, motivi decorativi devono essere realizzati tramite lavorazione laser nella superficie laterale SL, tuttavia, senza modifiche sostanziali al metodo stesso, il metodo dell’invenzione può essere applicato per realizzare lavorazioni laser anche nella superficie superiore SU e nel battistrada B, e non solo per realizzare motivi decorativi ma anche per eseguire, nel fondo F, lavorazioni funzionali quali fori, fori asolati o altre incisioni.
Il metodo della presente invenzione prevede di ottenere un modello digitale 3D della superficie da lavorare, SD, come rappresentato in fig. 2. Nell’esempio realizzativo descritto e raffigurato la superficie da lavorare coincide come forma con la superficie laterale SL del fondo F. Il modello digitale 3D della superficie da lavorare SD può essere ottenuto secondo varie modalità. Ad esempio, può essere utilizzato uno stesso modello digitale 3D utilizzato per la progettazione del fondo F. Alternativamente, sono eseguiti rilievi fotografici digitali del fondo F e successivamente un modello matematico 3D della superficie da lavorare viene disegnato tramite programmi di modellazione solida in modo che corrisponda il più possibile con la superficie da lavorare rilevata dai suddetti rilievi fotografici.
Il modello matematico 3D della superficie da lavorare, SD, viene quindi elaborato automaticamente tramite opportuni algoritmi di calcolo per ottenere il relativo sviluppo piano, vale a dire un modello matematico 2D della superficie da lavorare, SV, sul quale vengono applicate immagini vettoriali corrispondenti ai motivi decorativi da realizzare, I, vedi fig. 3. Le immagini I sono costituite da una pluralità di primitive geometriche ad ognuna delle quali sono associati valori caratteristici di spessore, colore o gradazione di grigio o altri valori ancora. Ancora automaticamente, un algoritmo esegue la riconversione del modello 2D della superficie da lavorare SV comprensiva delle immagini vettoriali I in un modello matematico 3D della superficie da lavorare comprendente le immagini vettoriali, SDI, con le immagini vettoriali I corrispondenti a motivi decorativi da ottenere che sono anch’essi convertiti in modelli grafici 3D.
Un algoritmo di calcolo, provvede quindi a suddividere automaticamente la superficie SDI in porzioni di superficie P, vedi fig. 6. La posizione e l’estensione di ogni porzione di superficie P è definita in funzione di una pluralità di parametri impostabili dall’utente e calcolata da un algoritmo idoneo a minimizzare i tempi complessivi di lavorazione. L’impostazione dei parametri di lavorazione, L, avviene tramite un’interfaccia grafica di un programma per elaboratore in cui i suddetti parametri L sono raccolti opportunamente in una tabella, T, come mostrata in fig. 5. Tra i parametri L impostabili dall’utente vi sono almeno l’angolo di curvatura massimo della porzione di superficie P e la dimensione massima di ciascuna porzione di superficie P secondo ciascuna coordinata di un riferimento cartesiano tridimensionale XYZ.
Una volta che è stata automaticamente eseguita la scomposizione della superficie da lavorare SDI in porzioni di superficie P avviene il calcolo automatico di programmi di lavorazione da eseguire all’interno di una cabina di lavorazione, C.
Con riferimento alle figure da 7 a 9, la lavorazione avviene nella cabina di lavorazione C la quale è suddivisa in una porzione sinistra, CS, in cui è alloggiato un braccio robotizzato, R, a 6 assi controllati ed una porzione destra, CD, in cui è presente una testa di lavorazione laser, T ed in cui è individuabile un volume di lavoro utile, VUT, della suddetta testa di lavorazione laser T. Il braccio robotizzato R viene attrezzato con una specifica attrezzatura di supporto in grado di trattenere un fondo di calzatura F che deve essere lavorato senza creare ostacolo alla lavorazione stessa. Ovviamente, potranno essere progettate attrezzature standardizzate in grado di alloggiare diverse tipologie di fondi, così come dovranno essere progettate, in taluni casi, attrezzature specifiche per un determinato fondo F e per una determinata estensione superficiale delle lavorazioni da eseguire su di esso. Il braccio robotizzato R ha un suo volume utile di lavoro che risulta vantaggiosamente compreso nel volume interno della cabina di lavorazione C e che comprende il volume utile di lavoro VUT della testa di lavorazione laser T. In particolare, all’interno del volume utile di lavoro del braccio robotizzato si trovano una posizione di carico ed una posizione di scarico, eventualmente coincidenti, corrispondenti alla posizione del robot R mostrata in fig. 7, e posizioni di lavoro in cui la porzione di superficie P da lavorare del fondo F si trova all’interno del volume utile di lavorazione VUT della testa di lavorazione laser T. Alla cabina di lavorazione C è associata un’unità di controllo che è in grado di controllare il suddetto braccio robotizzato R e la suddetta testa di lavorazione laser T in funzione dei programmi di lavorazione.
In particolare, un algoritmo di calcolo dei programmi di lavorazione calcola automaticamente una successione di programmi di lavorazione del braccio robotizzato R e di programmi di lavorazione della testa di lavorazione laser T conoscendo le posizioni di una terna di riferimento cartesiana del braccio robotizzato R e di una terna di riferimento cartesiana della testa laser, nonché la posizione relativa delle due terne di riferimento cartesiane. L’unità di controllo della cabina di lavorazione C controlla i movimenti del braccio robotizzato R e la testa di lavorazione laser T in funzione dei programmi di lavorazione calcolati. Più specificamente, l’unità di controllo comanda l’attuazione del primo programma di movimento del braccio robotizzato per muovere il fondo F dalla posizione di carico e scarico di fig. 7 ad una prima posizione di lavoro in cui una prima porzione di superficie P della superficie da lavorare SV di trova nel volume utile di lavoro VUT della testa di lavorazione laser T orientata perpendicolarmente sulla verticale della testa di lavorazione laser T per poter essere lavorata. Una volta eseguito lo spostamento, l’unità di controllo ferma in attesa il braccio robotizzato R e avvia il primo programma di lavoro della testa di lavorazione laser T nel quale sono memorizzati i parametri di lavorazione della prima porzione di superficie P. La porzione di superficie P viene lavorata tramite la regolazione della potenza della testa di lavorazione laser T, che determina la profondità della lavorazione, e tramite l’azionamento degli specchi della testa di lavorazione laser T, che determina l’inclinazione della traiettoria del laser e quindi il punto in lavorazione all’interno della porzione di superficie P in lavorazione, come mostrato in fig.9. Una volta terminato il programma di lavorazione della prima porzione di superficie P la testa di lavorazione laser T viene messa in attesa dall’unità di controllo e viene attivato il secondo programma di movimento del braccio robotizzato R per spostare il fondo F nella posizione idonea a permettere la lavorazione di una seconda porzione di superficie P. Al termine del programma di movimento del braccio robotizzato R quest’ultimo viene messo in attesa e viene attivato il programma di lavorazione della seconda porzione di superficie P. Successivamente, i programmi di movimento del braccio robotizzato R e della testa di lavorazione laser T vengono attivati alternativamente ed in successione fino al completamento dell’ultimo programma di lavorazione per la lavorazione dell’ultima porzione di superficie P, dopo il quale viene eseguito l’ultimo programma di movimento del braccio robotizzato R che corrisponde al movimento del braccio robotizzato R dalla posizione di lavoro dell’ultima porzione di superficie P alla posizione di scarico.
Le dimensioni delle porzioni di superficie P, e la successione dei programmi di movimento del braccio robotizzato R e dei programmi di lavorazione della testa di lavorazione laser T sono calcolati automaticamente per rendere minimi i tempi complessivi di lavorazione.
Un metodo come sopra descritto, applicato ad un apparato comprendente il braccio robotizzato R e la testa di lavorazione laser T, permette di realizzare su tutta la superficie di un fondo F per calzature qualunque tipo di lavorazione laser per l’ottenimento di motivi decorativi tridimensionali o anche per la realizzazione di elementi funzionali quali fori, asole o altro ancora.
Il metodo dell’invenzione permette di ottimizzare i tempi di lavorazione di un fondo per calzature e di contenere quindi i relativi costi di produzione.
Grazie al metodo di lavorazione descritto è possibile realizzare lavorazioni laser anche molto complesse utilizzando un apparato dal costo molto contenuto rispetto ad un centro di lavoro a 6 assi controllati con il quale potrebbero essere eseguite lavorazioni analoghe secondo metodologie di tecnica nota.
Ovviamente, varianti e modifiche al metodo sopra descritto possono essere previste senza precluderne i vantaggi e le peculiarità.
Secondo una variante realizzativa del metodo dell’invenzione, sul modello matematico 2D della superficie da lavorare SV vengono applicate immagini di tipo raster corrispondenti ai motivi decorativi da realizzare I. Nelle suddette immagini raster ad ogni pixel sono associati determinati parametri, tra i quali un colore o una gradazione di grigio e tali parametri sono utilizzati per definire un parametro di profondità di lavorazione della testa di lavorazione laser T quando si trova a lavorare su un punto del fondo F corrispondente al relativo pixel. In questo modo, una diversa profondità di lavorazione può essere assegnata ad ogni singolo pixel invece che ad ogni primitiva geometrica.
Si intende comunque che quanto sopra descritto ha valore esemplificativo e non limitativo, pertanto eventuali varianti di dettaglio che si rendessero necessarie nell’effettuazione delle fasi descritte, per ragioni tecniche e/o funzionali, si considerano sin da ora rientranti nel medesimo ambito protettivo definito dalle sotto riportate rivendicazioni.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l’esecuzione di lavorazioni laser su fondi di calzature in cui: - una testa di lavorazione laser è disposta in corrispondenza di una postazione di lavorazione per emettere un raggio laser in un volume utile di lavorazione; - un braccio robotizzato ad almeno 6 assi controllati provvisto di un attrezzatura idonea a trattenere un fondo di una calzatura che deve essere lavorato è disposto in prossimità di detta postazione di lavorazione in modo che il suo volume d’azione comprenda la suddetta postazione di lavorazione ed una postazione di carico/scarico del fondo; - un’unità di controllo è in grado di controllare il suddetto braccio robotizzato e la suddetta testa di lavorazione laser; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di prevedere fasi di: - ottenimento di un modello matematico 3D della superficie da lavorare di detto fondo; - applicazione su detto modello matematico 3D della superficie da lavorare di immagini corrispondenti al motivo decorativo da realizzare; - scomposizione automatica di detto modello matematico 3D della superficie da lavorare in porzioni di superficie, detta scomposizione automatica avvenendo in funzione di parametri limite pre-impostati di dette porzioni di superficie; - creazione automatica di programmi di movimento di detto braccio robotizzato e di programmi di lavorazione di detta testa laser, ciascuno di detti programmi di lavorazione di detta testa laser comprendendo il programma di lavorazione di una di dette porzioni di superficie, detti programmi di movimento di detto braccio robotizzato comprendendo un programma di spostamento di detto braccio robotizzato dalla postazione di carico alla posizione di lavorazione di una porzione di superficie da lavorare per prima, programmi di spostamento di detto braccio robotizzato da una porzione di superficie ad una porzione di superficie successiva, e programmi di spostamento di detto braccio robotizzato da una porzione di superficie da lavorare per ultima alla postazione di scarico; - trasferimento di detti programmi di movimento di detto braccio robotizzato e di detti programmi di lavorazione di detta testa laser a detta unità di controllo; - attivazione di detto braccio robotizzato e di detta testa laser da parte di detta unità di controllo per l’esecuzione, in successione ed in modo alternato, di detti programma di movimento di detto braccio robotizzato e di detti programmi di lavorazione di detta testa laser.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti parametri limite preimpostati di dette porzioni di superficie comprendono almeno un angolo di curvatura massimo della porzione di superficie ed una dimensione massima di detta porzione di superficie.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di creazione dei programmi di movimento prevede il calcolo dei tempi di esecuzione dei possibili programmi di movimento e la definizione dei programmi di movimento e della loro successione in modo da minimizzare la somma dei tempi di esecuzione di tutti i programmi di movimento che fanno parte del ciclo di lavorazione di un fondo.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, caratterizzato dal fatto che dette fasi di ottenimento del modello matematico 3D della superficie da lavorare e di applicazione su detto modello matematico 3D della superficie da lavorare di immagini corrispondenti al motivo decorativo da realizzare comprendono la realizzazione di un modello matematico 3D della superficie da lavorare, il successivo sviluppo piano in un modello matematico 2D di detta superficie da lavorare, l’applicazione sul suddetto modello matematico 2D delle suddette immagini corrispondenti al motivo decorativo da realizzare in formato vettoriale ed infine la riconversione del modello 2D con immagini in formato vettoriale applicate nel modello matematico 3D della superficie da lavorare con le immagini in formato vettoriale applicate.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto ad ogni primitiva geometrica di dette immagini vettoriali è associato un valore che viene fatto corrispondere ad un determinato valore di potenza di lavorazione di detta testa di lavorazione laser e quindi alla profondità di lavorazione da eseguire tramite detta testa di lavorazione laser in corrispondenza di detta primitiva geometrica.
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