IT201800003247A1

IT201800003247A1 - Sistema di misura di gap e flush

Info

Publication number: IT201800003247A1
Application number: IT102018000003247A
Authority: IT
Inventors: Nicola Paone; Paolo Castellini; Paolo Chiariotti; Elisa Minnetti
Original assignee: Univ Politecnica Delle Marche
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-02
Also published as: WO2019167012A1

Description

SISTEMA DI MISURA DI GAP E FLUSH

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di misura portatile finalizzato alla misura del “gap” e del “flush” tra parti adiacenti e non direttamente a contatto.

Background

Con il termine “gap” si vuole intendere la larghezza dell’interstizio tra due parti di un oggetto e/o tra due superfici, misurata nel piano tangente alle superfici in esame (Figura 1).

Con il termine “flush” si vuole intendere l’allineamento tra due superfici, inteso come la distanza tra le superfici misurata in direzione ortogonale al piano tangente le superfici in esame.

Le figura 1 schematizza il significato di gap e flush.

Esempi tipici sono la misura del gap e del flush di uno sportello di un’autovettura rispetto alla carrozzeria, oppure lo sportello di un forno rispetto alla struttura del forno, o dei gruppi ottici di un veicolo rispetto alla carrozzeria.

La misura di gap e flush tra parti adiacenti viene attualmente utilizzata per verificare specifiche sia estetiche che funzionali. In un’autovettura, ad esempio, la misura del gap e del flush tra punti dello sportello rispetto alla carrozzeria permette di valutare sia la gradevolezza dal punto di vista estetico sia la conformità dell’assemblaggio dal punto di vista funzionale. Il risultato della misura può essere poi eventualmente usato per correggere il posizionamento dello sportello qualora i valori misurati non siano conformi alle specifiche.

La tecnica nota riporta diversi dispositivi a triangolazione laser portatili per la misura di gap e flush.

US5999265 descrive un metodo per la misura del gap e del flush tra parti adiacenti, non direttamente a contatto, tramite un sistema a triangolazione con due piani di luce paralleli.

AT506110 A1 descrive un metodo, basato sull’identificazione della posa di un sistema a triangolazione ottica rispetto al corpo solido di cui si vuole rilevare la forma, finalizzato all’irrobustimento della misura.

US8274662 descrive uno strumento di misura a triangolazione laser le cui caratteristiche innovative si riferiscono i) all’impiego di maschere per la generazione di molteplici piani di luce dalla forma arbitraria a partire da un’unica sorgente emettitrice, ii) alla presenza di un elemento guida per centrare il piano/i piani di luce attraverso un foro, iii) alla presenza di un dispositivo utile a posizionare lo strumento in funzione delle caratteristiche da misurare.

US20170003393 descrive un sistema a triangolazione per la misura del gap tra la punta terminale della paletta di una turbina e la carcassa della turbina stessa. Tuttavia, i dispositivi noti presentano tuttora dei limiti importanti.

Ad esempio, i dispositivi noti non adottano nessun accorgimento per compensare un’eventuale non corretta posizione dello strumento prima e/o durante la misura.

Inoltre, i dispositivi noti non garantiscono a sufficienza la sicurezza degli operatori, specialmente rispetto a possibili incidenti che possono occorrere a causa dell’attivazione dell’emissione di luce.

Inoltre, non riescono ad eseguire misure affidabili in presenza di superfici otticamente non cooperanti, quali ad esempio gruppi ottici, vetri, ecc.

Problema tecnico risolto dall’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi lasciati aperti dalla tecnica nota, fornendo un apparato per la misura del gap e del flush tra due superfici, come definito nella rivendicazione 1.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è un procedimento di misura come definito nella rivendicazione 7.

Ulteriori caratteristiche della presente invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione comporta numerosi ed evidenti vantaggi rispetto alla tecnica nota.

In particolare, il sistema secondo l’invenzione consente di:

a) fornire feed-back all’operatore tramite un’interfaccia uomo macchina che indica se il sistema è posizionato nella posizione di misura ed alla distanza di lavoro corretta; questo consente all’operatore di posizionare correttamente il sistema di misura;

b) effettuare la misura solo se il sistema è posizionato nella corretta posizione di misura ed alla corretta distanza di lavoro;

c) effettuare la misura su materiali e colori differenti adattando automaticamente i parametri del sistema;

d) rendere sicuro l’uso di una sorgente di luce non schermata;

e) restituire in uscita la misura del gap e del flush associata alla informazione della posizione in cui la misura è avvenuta.

Altri vantaggi, assieme alle caratteristiche ed alle modalità di impiego della presente invenzione, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

Breve descrizione delle figure

Verrà fatto riferimento ai disegni riportati nelle figure allegate, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente il significato geometrico di gap e flush;

la figura 2 schematizza il funzionamento di un apparato secondo la tecnica nota;

la figura 3 è una schematizzazione di una possibile forma di realizzazione di un apparato secondo l’invenzione;

le figure 4A e 4B sono una schematizzazione di una possibile forma di realizzazione di un apparato secondo l’invenzione;

le figure 5A e 5B mostrano due possibili modalità di impiego di un apparato secondo l’invenzione; e

la figura 6 è un diagramma di flusso che descrive una possibile procedura di misura con l’apparato secondo l’invenzione.

La presente invenzione sarà di seguito descritta facendo riferimento alle figure suindicate.

Descrizione dettagliata di possibili forme di realizzazione dell’invenzione Con riferimento alla figura 4A, in generale un sistema secondo l’invenzione consiste in un apparato 1, preferibilmente portatile, per la misura di gap e/o flush tra due superfici 2, 3.

Un tale apparato 1 comprende:

- una sorgente di luce 4 che produce un piano la cui proiezione sulle superfici 2 e 3 genera il profilo di luce 5;

- almeno una prima telecamera 6, eventualmente dotata di appositi dispositivi, come ad esempio filtri interferenziali e/o polarizzatori, per la riduzione di riflessioni o interferenze da altre sorgenti di luce, disposta in maniera tale da presentare un campo di vista 7 sulle superfici 2,3 in cui sia incluso il profilo di luce 5 e con asse ottico di ripresa AC inclinato rispetto all’asse ottico di illuminazione AL, come illustrato in figura 2;

- almeno un sensore di distanza 8 configurato per misurare la distanza tra l’apparato 1 e le superfici 2, 3;

- un dispositivo di avvio 11 per l’attivazione delle funzionalità dell’apparato ovvero della procedura di misura;

- un controllore 9 atto ad acquisire dati dal sensore di distanza 8 e comandare l’attivazione della sorgente di luce 4 e della telecamera 6, in cui detto controllore è configurato per attivare la sorgente di luce 4 solo se le funzionalità dell’apparato 1 sono state abilitate attraverso la pressione del dispositivo di avvio 11, l’apparato 1 si trova nella posizione di misura corretta e la distanza tra l’apparato 1 e le superfici 2, 3 è compresa in un intervallo DM predeterminato.

Per “posizione di misura corretta” si vuole intendere che l’apparato è effettivamente posizionato in maniera tale da poter misurare gap e/o flush sulle superfici (o sulle porzioni di superfici) desiderate, e non sia invece posizionato in maniera tale da tentare di eseguire una misura su superfici di altri oggetti e/o porzioni di superfici diverse da quelle desiderate.

La verifica della correttezza della posizione di misura, come sarà descritto nel dettaglio, avviene tramite una operazione di classificazione basata sulle immagini acquisite dall’apparato.

Inoltre, il controllore 9 è atto ad acquisire dati dalla prima telecamera 6 ed elaborarli per fornire i valori i del gap e/o del flush tra le due superfici 2, 3 sulla base di algoritmi di triangolazione.

La misura del gap e/o e del flush avviene tramite un sistema a triangolazione. In particolare esso si basa su:

a) proiezione di un piano di luce in direzione circa ortogonale alle superfici 2,3 e circa ortogonale allo spazio che separa le parti oggetto della misura;

b) osservazione tramite la prima telecamera 6 posizionata con asse ottico inclinato rispetto all’asse ottico della sorgente di luce, come illustrato in Figura 2; c) acquisizione dei dati relativi all’immagine delle superfici 2, 3 catturata dalla telecamera 6;

d) processamento dell’immagine per l’identificazione del profilo di luce 5, e successiva elaborazione tramite un algoritmo di triangolazione per misurare il flush ed un algoritmo di rilievo della interruzione del profilo per il gap.

Gli algoritmi utilizzati non saranno descritti nel dettaglio perché possono essere considerati alla portata di un tecnico del settore e sono individuabili nella tecnica nota.

In una particolare realizzazione dell’apparato, qualora la misura di gap e/o flush volesse essere effettuata su superfici lisce come lamiera smaltata e parti trasparenti (gruppi ottici, vetri), la sorgente di luce 4 deve emettere in un range spettrale inferiore ai 600nm. Questo consente anche di ottimizzare il rapporto segnale rumore dell’immagine acquisita dalla telecamera 6. Preferibilmente, secondo alcune forme di realizzazione, la lunghezza d’onda della sorgente di luce è compresa tra 380 nm e 420 nm.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, un apparato secondo l’invenzione può inoltre comprendere un dispositivo di misura inerziale 13 per la rilevazione dell’orientamento e di uno stato di moto dell’apparato stesso. Detto dispositivo di misura inerziale può essere utilizzato sia per migliorare la qualità della misura, come riportato nella tecnica nota, sia per configurare il controllore 9 in maniera tale che possa attivare la sorgente di luce 4 solo se l’orientamento rilevato corrisponde ad un orientamento predeterminato (piano di luce ortogonale alle superfici di misura e profilo di luce 5 ortogonale all’interstizio tra le superfici 2, 3) e/o se detto apparato è fermo.

Come già anticipato, poter riconoscere e classificare le parti a cui le superfici in esame appartengono può essere particolarmente vantaggioso.

A tal fine, possono essere utilizzate le immagini acquisite attraverso la prima telecamera 6 e fornite al controllore 9, il quale sarà configurato per acquisire i dati relativi alle immagini riprese dalla telecamera ed elaborarli per eseguire un riconoscimento della posizione di misura, una classificazione delle superfici 2, 3 in esame, preferibilmente tramite algoritmi di matching, e un aggiustamento dei tempi di esposizione della prima telecamera 6 in funzione delle classi in cui le superfici 2 e 3 vengono inserite.

Ove si stesse inquadrando una posizione non inclusa all’interno di un database di immagini, opportunatamente popolato a seguito di un operazione di training del controllore 9, ad esempio un volto o una posizione non richiesta, il controllore 9 potrebbe non attivare la sorgente di luce 4, nonostante una eventuale richiesta di attivazione della procedura di misura da parte dell’operatore attraverso il dispositivo di avvio 11, ma potrebbe inviare una segnalazione di feed-back all’operatore suggerendogli di spostarsi nella posizione di misura corretta.

Vantaggiosamente, secondo alcune forme di realizzazione, come riprodotto in Figura 4B, un apparato secondo l’invenzione può inoltre comprendere una seconda telecamera 10 dotata di un suo sistema di illuminazione 14 e di eventuali dispositivi per la riduzione di interferenze (riflessioni e/o sorgenti di luce esterne) come, ad esempio, filtri interferenziali e/o polarizzatori.

Tale seconda telecamera 10 è preferibilmente disposta in maniera tale da poter riprendere il profilo di luce 5 sulle superfici 2, 3 in esame, così come la telecamera 6.

Anche la seconda telecamera 10 potrà essere collegata al controllore 9 e, in questi casi, le immagini per la classificazione possono essere quelle riprese dalla seconda telecamera 10.

Secondo ancora ulteriori forme di realizzazione, come riportato in Figura 3, un apparato secondo l’invenzione può comprendere inoltre mezzi di interfaccia 12, su cui visualizzare, ad esempio, i risultati della misura, e/o dispositivi di collegamento con un elaboratore esterno 15, ad esempio per il trasferimento dei dati di misura. In particolare, tali mezzi di interfaccia e collegamento possono essere del tipo senza fili.

Secondo ulteriori forme di realizzazione, riportate in Figura 5A e 5B, il dispositivo può essere realizzato in forma portatile, così da consentire all’operatore di lavorare a distanza (Figura 5A) e/o a contatto (Figura 5B) con le superfici che caratterizzano la posizione di misura desiderata.

Quindi, un apparato secondo la presente invenzione è funzionale all’implementazione di un corrispondente procedimento di misura di gap e/o flush tra due superfici 2, 3.

Un tale procedimento comprende almeno i passi di:

- fornire un apparato di misura 1 secondo quanto finora descritto;

- attivare le funzionalità dell’apparato 1 mediante dispositivo di avvio 11; - eseguire una verifica su una condizione di attivazione predefinita e, se detta verifica è positiva:

o attivare la sorgente di luce 4;

o acquisire dati da una prima telecamera 6; ed

o elaborare i dati acquisiti per fornire i valori del gap e/o del flush tra le due superfici 2, 3 sulla base di algoritmi di triangolazione.

In generale, la condizione di attivazione predefinita comprende almeno la necessità:

di verificare la correttezza della posizione di misura inquadrata;

di verificare se la distanza tra l’apparato 1 e le superfici 2, 3 è compresa in un intervallo DM predeterminato, utile per la misura.

Secondo alcune forme di realizzazione la lunghezza d’onda della sorgente di luce è compresa tra 380 nm e 420 nm.

Inoltre un procedimento secondo l’invenzione può comprendere anche un passo di rilevare l’orientamento e/o uno stato di moto dell’apparato 1, allo scopo di attivare la sorgente di luce 4 solamente quando l’orientamento rilevato corrisponde ad un orientamento predeterminato e/o l’apparato 1 è fermo.

Inoltre, il procedimento prevede un passo di acquisire dati da una telecamera, ad esempio la prima telecamera 6, disposta in maniera tale da riprendere il profilo di luce 5 sulle superfici 2, 3 in esame ed un conseguente passo di elaborare i dati acquisiti per eseguire un riconoscimento ed una classificazione delle superfici 2, 3 tramite algoritmi di matching.

Ciò consente di:

- in caso di esito positivo del processo di riconoscimento e di classificazione, attivare la sorgente di luce 4 adattando i tempi di esposizione della prima telecamera in funzione della classe di appartenenza delle superfici individuate;

- in caso di esito negativo del processo di riconoscimento e di classificazione, fornire un feedback attraverso un mezzo di interfaccia 12.

È dunque deducibile da tutto quanto sopra che, secondo le forme di realizzazione descritte, l’apparato realizza un sistema di misura – che può essere prodotto in forma portatile - basato sulla tecnica della triangolazione con piano di luce e dotato di caratteristiche che lo rendono “intelligente”. In particolare, la presenza dei sensori descritti gli consente di assolvere, ad esempio, funzioni quali: a) riconoscere e classificare la parte dell’oggetto (posizione di misura) su cui l’apparato sta eseguendo la misura, in particolare riconoscere se sta misurando su lamiera o su parti trasparenti quali fanali, vetri, ecc.;

b) non attivare la sorgente di luce se il sistema non è puntato su parti dell’oggetto riconoscibili e misurabili, per garantire la sicurezza degli operatori evitando la possibilità di irraggiamento diretto dell’operatore da parte della sorgente di luce;

c) riconoscere se e quando l’apparato si trova all’interno di un range ammissibile di misura (intervallo di distanze dall’oggetto), così da abilitare la acquisizione della misura solo se l’apparato è posizionato all’interno del range di misura permesso;

d) non attivare la sorgente di luce se l’apparato non è posizionato ad una distanza dall’oggetto della misura compresa nell’intervallo di distanze ammesso, per garantire la sicurezza degli operatori evitando la possibilità di irraggiamento diretto dell’operatore da parte della sorgente di luce;

e) adattare i parametri di esposizione della telecamera/delle telecamere alle diverse caratteristiche ottiche delle superfici tramite corrispondenti algoritmi, al fine di massimizzare il rapporto segnale-rumore nelle immagini acquisite;

f) riconoscere l’orientamento con cui la sorgente di luce illumina le superfici in esame;

g) abilitare la misura solo se il livello di accelerazione è inferiore ad una soglia prefissata per evitare di acquisire con sistema in movimento;

h) riconoscere l’orientamento dell’apparato nello spazio;

i) fornire in uscita il valore misurato di gap, il valore misurato di flush e la posizione su cui è avvenuta la misura.

Ad esempio, con riferimento alla figura 6, questa mostra un diagramma di flusso relativo ad una possibile forma di realizzazione del procedimento di misura.

Quando l’apparato viene accesso la sorgente di luce è spenta, così come gli altri sensori. Quando viene richiesta l’attivazione della procedura di misura, ad esempio tramite un dispositivo di avvio come un pulsante, l’apparato provvede a valutare su quale posizione si stia effettuando la misura. Il riconoscimento della posizione di misura avviene tramite l’acquisizione di un’immagine, il suo successivo processamento e la sua classificazione tramite algoritmi di matching. Il riconoscimento della posizione di misura può avvenire, ad esempio, tramite una seconda telecamera presente nel sistema o tramite la stessa telecamera con cui viene effettuata la valutazione del gap e/o flush. Nel caso in cui il sistema stia inquadrando una posizione di misura non richiesta, ad esempio un volto o una posizione di misura non contenuta in un database delle posizioni di misura opportunatamente popolato attraverso una procedura preliminare di training, viene inviato un feedback, su di un’interfaccia dedicata, con le indicazioni necessarie a riportare il dispositivo nella posizione di misura corretta.

Successivamente viene valutata la distanza tra il sistema e l’oggetto della misura. La misura della distanza avviene tramite il sensore di distanza senza contatto. Tale sensore fornisce in output la distanza, che viene acquisita ed elaborata per verificare se essa ricade nel range di misura consentito.

Viene quindi fornito un feed-back visuale, tramite una interfaccia, in cui si danno indicazioni sulle condizioni di accettabilità della distanza di misura; nel caso di verifica negativa, viene fornita un’indicazione sulla direzione di movimento (avvicinamento o allontanamento) per poter rientrare nel range di accettabilità della distanza di misura stessa.

Contemporaneamente al controllo della distanza viene valutata, attraverso un sensore inerziale, la condizione di stabilità dell’apparato.

In caso di esito positivo di tutte le condizioni sopra citate viene attivata la sorgente di luce e si provvede alla misura del gap e/o del flush tra le due superfici.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che ciascuna delle soluzioni tecniche implementate nelle forme di realizzazione preferite, qui descritte a titolo esemplificativo, può vantaggiosamente essere combinata, in modo diverso da quanto descritto, con le altre, per dar forma ad ulteriori forme di realizzazione, che afferiscono al medesimo nucleo inventivo e tutte comunque rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparato (1) per la misura di gap e/o flush tra due superfici (2, 3), comprendente: - una sorgente di luce (4), presentante un asse ottico di illuminazione (AL), che genera un piano di luce; - almeno una prima telecamera (6) disposta in maniera tale da presentare l’asse ottico di ripresa inclinato rispetto all’asse ottico di illuminazione (AL) e da riprendere il profilo di luce (5) su dette superfici (2, 3); - almeno un sensore di distanza (8) configurato per misurare la distanza tra l’apparato (1) e dette superfici (2, 3); - un controllore (9) atto ad acquisire dati da detto sensore di distanza (8) ed immagini da detta almeno prima telecamera (6), e comandare l’attivazione della sorgente di luce (4), in cui detto controllore (9) è configurato per elaborare le immagini acquisite per eseguire un riconoscimento ed una classificazione di dette superfici (2, 3) tramite algoritmi di matching al fine di verificare la posizione di misura, detto controllore (9) è configurato per attivare detta sorgente di luce (4) solo se la posizione di misura viene riconosciuta come posizione corretta e la distanza misurata tra l’apparato (1) e dette superfici (2, 3) è compresa in un intervallo (DM) predeterminato, detto controllore (9) essendo inoltre atto ad acquisire dati da detta prima telecamera (6) ed elaborarli per fornire i valori di gap e/o flush tra dette due superfici (2, 3) sulla base di algoritmi di triangolazione.
2. Apparato (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la lunghezza d’onda di detta luce è compresa tra 380 nm e 420 nm.
3. Apparato (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre un dispositivo di misura inerziale (13) per la rilevazione dell’orientamento e di uno stato di moto di detto apparato (1).
4. Apparato (1) secondo la rivendicazione 3, in cui detto controllore (9) è configurato per attivare la sorgente di luce (4) solo se detto orientamento rilevato corrisponde ad un orientamento predeterminato e/o se detto apparato (1) è fermo.
5. Apparato (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una seconda telecamera (10) disposta in maniera tale da riprendere il profilo di luce su dette superfici (2, 3).
6. Apparato (1) secondo la rivendicazione 5, in cui detto controllore (9) è atto ad acquisire dati da detta seconda telecamera (10) ed utilizzarli per eseguire detto passo di riconoscimento e classificazione al fine di verificare la posizione di misura.
7. Apparato (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi di interfaccia e/o collegamento con apparati esterni, preferibilmente di tipo senza fili.
8. Procedimento per la misura di gap e/o flush tra due superfici (2, 3), comprendente i passi di: - fornire un apparato di misura (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti; - acquisire ed elaborare immagini di dette superfici (2, 3) per eseguire un riconoscimento ed una classificazione di dette superfici (2, 3) tramite algoritmi di matching al fine di verificare la posizione di misura e, se detta posizione di misura viene riconosciuta come posizione corretta, provvedere a: o misurare la distanza tra l’apparato (1) e dette superfici (2, 3); o eseguire una verifica su una condizione di attivazione predefinita e, se detta verifica è positiva: attivare la sorgente di luce (4); acquisire dati da una telecamera (6); ed elaborare i dati acquisiti per fornire i valori di gap e/o flush tra dette due superfici (2, 3) sulla base di algoritmi di triangolazione, in cui detta condizione attivazione predefinita comprende: verificare se detta distanza è compresa in un intervallo (DM) predeterminato.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui la lunghezza d’onda di detta luce è compresa tra 380 e 420 nm.
10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente inoltre un passo di rilevare l’orientamento e/o uno stato di moto di detto apparato (1).
11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui detta condizione attivazione predefinita comprende: verificare se detto orientamento rilevato corrisponde ad un orientamento predeterminato e/o se detto apparato (1) è fermo.