IT201800005959A1 - Sistema ottico per analisi periferica - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: “SISTEMA OTTICO PER ANALISI PERIFERICA”.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema ottico per analisi periferica.

Sono noti svariati sistemi ottici per analisi periferica impiegati in svariati processi industriali con lo scopo di analizzare le caratteristiche fisiche di ogni faccia di un prodotto tridimensionale, nella fattispecie delle facce laterali di quest’ultimo.

Generalmente, questi sistemi comprendono almeno una sorgente ottica atta ad emettere una radiazione luminosa impiegata per illuminare in maniera uniforme il prodotto da analizzare ed un sensore ottico configurato per percepire la radiazione luminosa riflessa dal prodotto, ovvero l’immagine del prodotto stesso, e per acquisire un’immagine di quest’ultimo che ne raffiguri ogni faccia laterale.

In particolare, i sistemi di questo tipo si avvolgono di mezzi di guida della radiazione luminosa, la quale, dopo essere riflessa dal prodotto, viene guidata verso il sensore ottico.

In questo modo, il sensore ottico è fisso in una posizione prestabilita e non deve essere movimentato per inquadrare ogni faccia del prodotto.

Più in dettaglio, i mezzi di guida generalmente impiegati dai sistemi ottici noti comprendono un primo elemento ottico atto a riflettere la radiazione luminosa riflessa dal prodotto ed almeno un secondo elemento ottico atto a riflettere la radiazione luminosa riflessa dal primo elemento ottico verso il sensore ottico.

Inoltre, il primo elemento ottico è sostanzialmente cavo e comprende una superficie ottica definente una cavità di alloggiamento del prodotto da analizzare.

In questo modo, la prima superficie ottica circonda a 360° il prodotto, riflettendo la radiazione luminosa riflessa dalle facce laterali di quest’ultimo.

In particolare, la prima superficie ottica è inclinata in modo da riflettere la radiazione lumina riflessa dal prodotto verso il punto in corrispondenza del quale è disposto il secondo elemento ottico che ha il compito di riflettere a sua volta la radiazione luminosa verso il sensore ottico.

Infatti, anche la seconda superficie ottica è inclinata in modo da riflettere la radiazione luminosa riflessa dal primo elemento ottico verso il punto in corrispondenza del quale è disposto il sensore ottico.

In questo modo, un unico sensore ottico è in grado di acquisire un’unica immagine che raffigura tutte le facce laterali del prodotto da analizzare. Tuttavia, questo tipo di sistemi è suscettibile di miglioramenti dovuti alla qualità dell’immagine acquisita da sensore ottico.

Infatti, i sistemi di tipo noto impiegano una prima ed una seconda superficie ottica comprendenti rispettivamente una pluralità di specchi contigui tra loro che definiscono una sezione trasversale delle rispettive superfici ottiche di forma poligonale.

Gli specchi, infatti, sono associati tra loro a formare delle superfici prismatiche, ad esempio ottagonali.

Di conseguenza, l’immagine acquisita dal sensore ottico risulta particolarmente distorta in corrispondenza dei punti di congiunzione tra gli specchi.

Infatti, è comprensibile come, in corrispondenza di una superficie irregolare, nella fattispecie spigolosa, la radiazione luminosa venga diffusa in modo irregolare.

Inoltre, ad ogni specchio della prima superficie ottica corrisponde uno specchio della seconda superficie ottica, i quali devono essere disposti reciprocamente tra loro in modo particolarmente accurato.

Allo stesso modo, ad ogni punto di congiunzione tra gli specchi della prima superficie ottica corrisponde un punto di congiunzione tra gli specchi della seconda superficie ottica, i quali richiedono un posizionamento reciproco ancora più preciso.

Per questi motivi, i sistemi ottici di questo tipo richiedono lunghe operazioni di settaggio della posizione reciproca del primo e del secondo elemento ottico che tuttavia non possono eliminare la distorsione dell’immagine dovuta ai punti di giunzione degli specchi.

Il compito principale della presente invenzione è quello di escogitare un sistema ottico che consenta di ridurre la distorsione introdotta dalle superfici ottiche.

Uno scopo aggiuntivo del presente trovato è quello di semplificare le operazioni di settaggio della posizione reciproca degli elementi ottici, riducendone i tempi di esecuzione.

Altro scopo del presente trovato è quello di escogitare un sistema ottico che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto.

Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal presente sistema ottico avente le caratteristiche di rivendicazione 1.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti da alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un sistema ottico, illustrate a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 è una rappresentazione schematica in assonometria di una forma di realizzazione del sistema ottico secondo il trovato;

la figura 2 è una vista in sezione di un elemento del sistema ottico mostrato in figura 1;

la figura 3 è una rappresentazione schematica in assonometria di un’ulteriore forma di realizzazione del sistema ottico secondo il trovato; la figura 4 è una vista in sezione di un elemento del sistema ottico mostrato in figura 3.

Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato globalmente con 1 un sistema ottico.

Il sistema ottico 1 per analisi periferica comprende:

- almeno una sorgente ottica 2 di emissione di almeno una radiazione 3 incidente su almeno un oggetto 4 di cui acquisire almeno un’immagine periferica;

- almeno un sensore ottico 5 di acquisizione dell’immagine periferica dell’oggetto 4, il sensore ottico 5 essendo configurato per percepire e ricevere la radiazione 3 riflessa dall’oggetto 4;

- mezzi di riflessione 6, 9 della radiazione 3 dall’oggetto 4 verso il sensore ottico 5 provvisti di:

- almeno un primo elemento ottico 6 di riflessione della radiazione 3 riflessa dall’oggetto 4 provvisto di almeno una prima superficie ottica 7 delimitante almeno una zona di appoggio 8 dell’oggetto 4, la prima superficie ottica 7 essendo rivolta verso la zona di appoggio 8 circondandola;

- almeno un secondo elemento ottico 9 provvisto di almeno una seconda superficie ottica 10 di riflessione della radiazione 3 riflessa dal primo elemento ottico 6 verso il sensore ottico 5.

Preferibilmente, il sistema ottico 1 comprende un pluralità di sorgenti ottiche 2 disposte in prossimità dell’oggetto 4 permettendone un illuminazione sostanzialmente uniforme.

In particolare, la sorgente ottica 2 è un sorgente luminosa configurata per emettere una radiazione 3 comprendente una o più lunghezze d’onda nello spettro del visibile.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione del sistema ottico 1 in cui sia impiegata una sorgente ottica 2 configurata per emettere una radiazione 3 di tipo differente, ad esempio del tipo di una radiazione 3 ultravioletta.

Infatti, alcuni oggetti 4 di cui acquisire l’immagine potrebbero essere realizzati in materiale di tipo trasparente rispetto alla radiazione 3 emessa dalla sorgente ottica 2.

Conseguentemente, la radiazione 3 attraverserebbe l’oggetto 4, rendendo impossibile l’acquisizione dell’immagine da parte del sensore ottico 5.

Vantaggiosamente, il sensore ottico 5 è un dispositivo per l’acquisizione di immagini, ad esempio come una fotocamera.

Secondo le forme di realizzazione mostrate nelle figure, il primo elemento ottico 6 è di conformazione ad anello.

In particolare, il primo elemento ottico 6 è un corpo discoidale cavo comprendente una porzione di base 11 per l’appoggio su una superficie stabile, come mostrato in figura 1 ed in figura 3, nelle quali il primo elemento ottico 6 è disposto in appoggio su un piano di appoggio 12 stabile, ad esempio come un piano di lavoro, ed in cui la prima superficie ottica 7 circonda l’oggetto 4.

Infatti, la prima superficie ottica 7 definisce un canale centrale 13 passante da parte a parte il primo elemento ottico 6 e posizionabile in appoggio sul piano di appoggio 12 a definire la zona di appoggio 8 dell’oggetto 4.

In questo modo, un oggetto 4 che è disposto all’interno della zona di appoggio 8 è anche disposto all’interno del canale centrale 13 ed è circondato a 360° dalla prima superficie ottica 7, come mostrato in figura 1 ed in figura 3.

Non si escludono, tuttavia, alternative forme di realizzazione in cui il primo elemento ottico 6 ed il piano si appoggio 12 siano realizzati in corpo unico, ovvero in cui il canale centrale 13 sia chiuso in corrispondenza della porzione di base 11 ad affacciarsi su una superficie piana di appoggio per l’oggetto 4, permettendo al primo elemento ottico 6 di avvolgere e supportare l’oggetto 4.

Convenientemente, la prima superficie ottica 7 ha uno spessore prestabilito, nella fattispecie maggiore rispetto allo spessore dell’oggetto 4 da analizzare, in modo da riflettere l’oggetto 4 nella sua interezza.

Con il termine spessore impiegato con riferimento alla prima ed alla seconda superficie ottica 7, 10 si intende indicare l’estensione di tali superfici verticalmente rispetto al piano di appoggio 12 su cui è appoggiato l’oggetto 4.

Tuttavia, non si escludono alternative forme di attuazione del sistema 1 in cui quest’ultimo comprenda una pluralità di primi elementi ottici 6, ciascuno dei quali essendo provvisto di una prima superficie ottica 7 avente spessore differente in modo da impiegare un primo elemento ottico 6 diverso a seconda delle dimensioni dell’oggetto 4 da analizzare.

Vantaggiosamente, il secondo elemento ottico 9 è un corpo pieno disposto in prossimità del primo elemento ottico 6 in modo da accoppiare la prima e la seconda superficie ottica 7, 10, ovvero in modo tale da disporre la seconda superficie ottica 10 in corrispondenza del punto in cui è riflessa la radiazione 3 riflessa dalla prima superficie ottica 7.

Preferibilmente, il secondo elemento ottico 9 è sostenuto da mezzi di sostegno realizzati in materiale ottico di tipo trasparente rispetto alla radiazione 3 impiegata, ovvero di un materiale che non varia il cammino ottico della radiazione 3 nel caso in cui venga attraversato da quest’ultima. Vantaggiosamente, la prima e la seconda superficie ottica 7, 10 sono sostanzialmente circolari e continue.

In particolare, secondo le forme di realizzazione mostrate nelle figure, una sezione trasversale della prima o della seconda superficie ottica 7, 10 è circolare.

Nel prosieguo della trattazione con il termine sezione trasversale impiegata con riferimento alla prima ed alla seconda superficie ottica 7, 10 si intende indicare una qualsiasi sezione di quest’ultime realizzata lungo un piano sostanzialmente parallelo al piano di appoggio 12 su cui è disposto l’oggetto 4.

Convenientemente, la prima e la seconda superficie ottica 7, 10 sono centrate lungo un asse di centraggio A.

In particolare, l’asse di centraggio A è sostanzialmente ortogonale al piano di appoggio 12.

Conseguentemente, la prima superficie ottica 7 e la seconda superficie ottica 10 sono sostanzialmente concentriche.

Opportunamente, il sensore ottico 5 è centrato lungo l’asse di centraggio A ed il secondo elemento ottico 9 è disposto lungo l’asse di centraggio A in corrispondenza di un punto disposto tra tra il sensore ottico 5 ed il primo elemento ottico 6.

Inoltre, la prima superficie ottica 7 ha almeno una sezione trasversale a all’asse di centraggio A avente un primo diametro e la seconda superficie ottica 10 ha almeno una sezione trasversale all’asse di centraggio A avente un secondo diametro, il primo diametro essendo sostanzialmente maggiore rispetto al secondo diametro.

In particolare, la prima superficie ottica 7 si estende longitudinalmente lungo la direzione di sviluppo dell’asse di centraggio A e comprende:

- almeno una prima porzione estremale 14 rivolta verso il sensore ottico 5 ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale all’asse di centraggio A avente un primo raggio 15 di valore predefinito; - almeno una seconda porzione estremale 16 disposta sostanzialmente contrapposta alla prima porzione estremale 14 ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale all’asse di centraggio A avente un secondo raggio 17 di valore predefinito;

il valore del primo raggio 15 essendo sostanzialmente maggiore del valore del secondo raggio 17.

In particolare, la seconda porzione estremale 16 coincide con la parete interna del canale centrale 13 in corrispondenza della porzione di base 11 del primo elemento ottico 6.

Infatti, secondo le forme di realizzazione mostrate nelle figure, la porzione di base 11 è una corona circolare di forma piana il cui raggio interno coincide con il primo raggio 15 ed il cui raggio esterno è definito dall’ampiezza del primo elemento ottico 6 rispetto all’asse di centraggio A. In particolare, il primo elemento ottico 6 comprende una parete esterna 18 di conformazione sostanzialmente cilindrica e disposta contrapposta alla prima superficie ottica 7.

Inoltre, la distanza della parete esterna 18 rispetto alla prima superficie ottica 7 definisce l’ampiezza della porzione di base 11, e la distanza della parete esterna 18 rispetto all’asse di centraggio A definisce il raggio esterno.

Inoltre, il primo elemento ottico 6, comprende una porzione di testa 19 sostanzialmente contrapposta alla porzione di base 11.

In particolare, analogamente a quanto descritto con riferimento alla seconda porzione estremale 16, la prima porzione estremale 14 coincide con la parete interna del canale centrale 13 in corrispondenza della porzione di testa 19 del primo elemento ottico 6

Infatti, la porzione di testa 19 è una corona circolare di forma piana il cui raggio interno coincide con il secondo raggio 17 ed il cui raggio esterno è definito dalla distanza della parete esterna 18 rispetto all’asse di centraggio A.

Analogamente a quanto descritto con riferimento alla prima superficie ottica 7, anche la seconda superficie ottica 10 si estende longitudinalmente lungo la direzione di sviluppo dell’asse di centraggio A e comprende - almeno una prima porzione terminale 20 rivolta verso il sensore ottico 5 ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale a all’asse di centraggio A avente un terzo raggio 21 di valore predefinito; - almeno una seconda porzione terminale 22 disposta sostanzialmente contrapposta alla prima porzione estremale 14 ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale all’asse di centraggio A avente un quarto raggio di valore predefinito;

il valore del terzo raggio 21 essendo sostanzialmente minore del valore del quarto raggio 23.

In particolare, il secondo elemento ottico 9 comprende una porzione inferiore 24 ed una porzione superiore 25 disposte sostanzialmente contrapposte e parallele tra loro a definire lo spessore del secondo elemento ottico 9.

Secondo le forme di realizzazione mostrate nelle figure, la porzione inferiore 24 e la porzione superiore 25 sono due piani di conformazione circolare centrati lungo l’asse di centraggio A.

Infatti, la prima porzione terminale 20 e la seconda porzione terminale 22 coincidono sostanzialmente con il profilo perimetrale rispettivamente della porzione superiore 25 e della porzione inferiore 24.

In particolare, in una prima forma di realizzazione del sistema ottico 1 mostrata in figura 1 ed in figura 2, la prima e la seconda superficie ottica 7, 10 sono di conformazione sostanzialmente troncoconica.

Conseguentemente, anche il secondo elemento ottico 9 è di conformazione sostanzialmente troncoconica.

In particolare, la prima e la seconda superficie ottica 7, 10 sono inclinate rispetto all’asse di centraggio A in modo da riflettere la radiazione 3 con un angolo di riflessione predefinito.

Il funzionamento del sistema ottico 1 è il seguente.

Per prima cosa l’oggetto 4 da analizzare deve essere posizionato al centro del primo elemento ottico 6, ovvero all’interno della zona di appoggio 8. In questa configurazione, la radiazione 3 emessa dalla sorgente ottica 2 incide sull’oggetto 4.

In particolare, la radiazione 3 che incide sulle porzioni periferiche dell’oggetto 4 viene riflessa da quest’ultimo proiettandone l’immagine sulla prima superficie ottica 7.

Data l’inclinazione della prima superficie ottica 7, ogni punto dell’oggetto 4 riflesso dal primo elemento ottico 6 è proiettato verso il secondo elemento ottico 9 con un primo angolo di riflessione predefinito fino a raggiungere la seconda superficie ottica 10.

Analogamente a quanto appena descritto, data l’inclinazione della seconda superficie ottica 10, ogni punto dell’oggetto 4 che raggiunge il secondo elemento ottico 9 è riflesso con un secondo angolo di riflessione predefinito ed è proiettato sull’obbiettivo del sensore ottico 5, che è in grado di acquisire in questo modo un'unica immagine che mostra tutti i punti dell’oggetto 4 riflessi dalla prima superficie ottica 7.

Un’ulteriore forma di realizzazione del sistema ottico 1 è mostrata in figura 3 ed in figura 4, in cui la prima e la seconda superficie ottica 10 sono sostanzialmente concave.

In particolare, la concavità della prima superficie ottica 7 è rivolta verso la zona di appoggio 8, in modo da riflettere la radiazione 3 riflessa da dall’oggetto 4 verso l’asse di centraggio stesso in corrispondenza del punto in cui è disposto il secondo elemento ottico 9.

La concavità della seconda superficie ottica 10, invece, è rivolata sostanzialmente verso la concavità della prima superficie ottica 7, ovvero a realizzare un secondo elemento ottico 9 di conformazione sostanzialmente ad imbuto rovesciato, come mostrato in figura 3.

Il funzionamento del sistema ottico 1 secondo la forma di realizzazione appena descritta è analogo al funzionamento della prima forma di realizzazione a meno del tipo di riflessione realizzata dalla prima e dalle seconda superficie ottica 7, 10.

Si è in pratica constatato come l’invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti.

In particolare si sottolinea il fatto che l’impiego di una prima e di una seconda superficie ottica di conformazione curva e continua permette alla radiazione luminosa di seguire un preciso percorso ottico, la quale procede sostanzialmente imperturbata dall’oggetto fino al sensore ottico, permettendo a quest’ultimo di acquisire un’immagine chiara e sostanzialmente priva di distorsioni rispetto ai sistemi ottici noti.

Inoltre, il posizionamento reciproco della prima e della seconda superficie ottica è significativamente semplificato rispetto ai sistemi ottici noti.

Infatti, data la forma circolare della prima e della seconda superficie ottica, la rotazione di uno tra il primo ed il secondo elemento ottico attorno all’asse di centraggio non influisce sulla riflessione della radiazione e sulla qualità dell’immagine acquisita dal sensore ottico.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema ottico (1) per analisi periferica comprendente: - almeno una sorgente ottica (2) di emissione di almeno una radiazione (3) incidente su almeno un oggetto (4) di cui acquisire almeno un’immagine periferica; - almeno un sensore ottico (5) di acquisizione di detta immagine periferica di detto oggetto (4), detto sensore ottico (5) essendo configurato per percepire e ricevere detta radiazione (3) riflessa da detto oggetto (4); - mezzi di riflessione (6, 9) di detta radiazione (3) da detto oggetto (4) verso detto sensore ottico (5) provvisti di: - almeno un primo elemento ottico (6) di riflessione di detta radiazione (3) riflessa da detto oggetto (4) provvisto di almeno una prima superficie ottica (7) delimitante almeno una zona di appoggio (8) di detto oggetto (4), detta prima superficie ottica (7) essendo rivolta verso detta zona di appoggio (8) circondandola; - almeno un secondo elemento ottico (9) provvisto di almeno una seconda superficie ottica (10) di riflessione di detta radiazione (3) riflessa da detto primo elemento ottico (6) verso detto sensore ottico (5); caratterizzato dal fatto che detta prima e detta seconda superficie ottica (7, 10) sono sostanzialmente circolari e continue.
2. 2) Sistema ottico (1), secondo la rivendicazione 1caratterizzato dal fatto che detta prima e detta seconda superficie ottica (7, 10) sono centrate lungo un asse di centraggio (A).
3. 3) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sensore ottico (5) è centrato lungo detto asse di centraggio (A) e detto secondo elemento ottico (9) è disposto lungo detto asse di centraggio (A) in corrispondenza di un punto disposto tra detto sensore ottico (5) e detto primo elemento ottico (6).
4. 4) Sistema ottico (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta prima superficie ottica (7) ha almeno una sezione trasversale a detto asse di centraggio (A) avente un primo diametro e detta seconda superficie ottica (10) ha almeno una sezione trasversale a detto asse di centraggio (A) avente un secondo diametro, detto primo diametro essendo sostanzialmente maggiore rispetto a detto secondo diametro.
5. 5) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima superficie ottica (7) si estende longitudinalmente lungo la direzione di sviluppo di detto asse di centraggio (A) e comprende: - almeno una prima porzione estremale (14) rivolta verso detto sensore ottico (5) ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale a detto asse di centraggio (A) avente un primo raggio (15) di valore predefinito; - almeno una seconda porzione estremale (16) disposta sostanzialmente contrapposta a detta prima porzione estremale (14) ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale a detto asse di centraggio (A) avente un secondo raggio (17) di valore predefinito; il valore di detto primo raggio (15) essendo sostanzialmente maggiore del valore di detto secondo raggio (17).
6. 6) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta seconda superficie ottica (10) si estende longitudinalmente lungo la direzione di sviluppo di detto asse di centraggio (A) e comprende: - almeno una prima porzione terminale (20) rivolta verso detto sensore ottico (5) ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale a detto asse di centraggio (A) avente un terzo raggio (21) di valore predefinito; - almeno una seconda porzione terminale (22) disposta sostanzialmente contrapposta a detta prima porzione estremale (14) ed avente una sezione trasversale sostanzialmente ortogonale a detto asse di centraggio (A) avente un quarto raggio (23) di valore predefinito; il valore di detto terzo raggio (21) essendo sostanzialmente minore del valore di detto quarto raggio (23).
7. 7) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento ottico (6) è di conformazione ad anello.
8. 8) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima e detta seconda superficie ottica (7, 10) sono di conformazione sostanzialmente troncoconica.
9. 9) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo elemento ottico (9) è di conformazione sostanzialmente troncoconica.
10. 10) Sistema ottico (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima e detta seconda superficie ottica (7, 10) sono sostanzialmente concave.