IT201800006253A1 - Metodo e impianto per la localizzazione di punti su una superficie complessa nello spazio - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo "Metodo e impianto per la localizzazione di punti su una superficie complessa nello spazio"

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un impianto per la corretta localizzazione di particolari punti (qui chiamati anche punti notevoli) di una superficie complessa dello spazio. I punti da localizzare possono essere riferiti in particolare a difetti estetici su superfici verniciate. Per semplicità, nel seguito si impiegherà indifferentemente la dizione “punto notevole” o “difetto”, comunque intendendo con “difetto” anche semplicemente una punto o zona della superficie complessa che differisce dai punti o zone adiacenti per qualche suo parametro caratteristico (ad esempio, contrasto, luminosità, colore, ecc.) e che tale differenza è una differenza che è di interesse rilevare e, in qualche caso, correggere.

Ad esempio, i difetti presenti sulle superfici verniciate hanno spesso un carattere tridimensionale, cioè non sono semplicemente delle variazioni locali di colore, ma dei rilievi, delle mancanze di materiale o comunque delle irregolarità sulla superficie.

Questi difetti vengono in gergo chiamati difetti “estetici” in quanto l’utilizzatore li può percepire visivamente. In genere essi hanno dimensioni di almeno 10-20 micron.

Alcune superfici spaziali vengono definite complesse in quanto possono essere una combinazione tra superfici concave e superfici convesse, entrambe anche con raggi di curvatura variabili e con la presenza di cuspidi e di raccordi curvilinei tra le diverse parti che costituiscono la superficie stessa.

Ad esempio una scocca auto può essere considerata una superficie complessa in quanto possiede le caratteristiche appena descritte.

La localizzazione dei difetti su una superficie complessa è una fase fondamentale del processo industriale in quanto permette di rintracciare ed eventualmente correggere le difettosità estetiche del prodotto che possono essere facilmente percepite dall’utilizzatore finale e che spesso sono percepite come indice di qualità dell’intero prodotto.

Allo stato della tecnica esistono vari metodi (sia manuali sia automatici) per la rilevazione dei difetti estetici su superfici complesse nello spazio e anche metodi di localizzazione spaziale dei punti individuati associati a tali metodi di rilevazione dei difetti.

In particolare i sistemi di rilevazione difetti disponibili sul mercato si basano normalmente su tecniche di rilevazione della eventuale presenza e della posizione dei difetti tramite dispositivi optoelettronici come ad esempio camere elettroniche e su tecniche di acquisizione e matching di immagini multidimensionali. Si definisce in genere “difettosità” rilevata sulla superficie optoelettronica la posizione dei pixel o dei gruppi di pixel della superficie bidimensionale fotosensibile del sistema di acquisizione che differiscono per contrasto e/o luminosità dagli altri pixel adiacenti entro limiti stabiliti e secondo logiche definite a priori.

La tecnica di acquisizione e matching multidimensionale più utilizzata è l'acquisizione ed il matching stereoscopico. Ad esempio si utilizzano per l'acquisizione due telecamere appositamente distanziate tra loro e si correlano tra loro le informazioni contenute nelle immagini, riproducendo in ciò il comportamento dell’essere umano che utilizza l’informazione visiva proveniente dai due occhi per stabilire ad esempio la distanza alla quale è posto un oggetto. L’impiego di un processo stereoscopico ha svantaggi nella relativamente complessa procedura di calcolo e nei possibili errori che ciò comporta.

Qualunque sia il processo di acquisizione da utilizzare, il dispositivo o i dispositivi optoelettronici di rilevazione, a seconda della tecnica di rilevazione dei punti sulla superficie complessa utilizzata, sono collocati in punti definiti e conosciuti nello spazio e sempre ripetibili nel tempo in modo che sia realmente possibile inquadrare tutti i punti della superficie complessa da verificare.

Di fatto accade che una superficie tridimensionale complessa, sulla quale occorre controllare la presenza di difetti estetici, viene proiettata in una immagine bidimensionale che si forma sul sensore optoelettronico del dispositivo di acquisizione o nella memoria del dispositivo di elaborazione dell’immagine, come nel caso dell’utilizzo di telecamere matriciali.

La relazione fra superficie tridimensionale complessa e immagine bidimensionale è frutto di una trasformazione geometrica, normalmente non lineare, tra i punti reali presenti sulla superficie spaziale complessa e la loro immagine proiettata sulla superficie optoelettronica utilizzata per il rilevamento superficiale.

Nel caso in cui si utilizzino delle tecniche stereoscopiche è perciò necessario effettuare una calibrazione dei punti immagine sui punti target della superficie spaziale complessa per poter effettuare correttamente una associazione ottimale tra i punti reali della superficie complessa e la loro immagine proiettata sulla superficie sensibile alla luce del sistema di acquisizione. Nei sistemi stereoscopici la calibrazione è una procedura complessa e onerosa in termini di calcolo per avere una soddisfacente precisione.

Ad esempio nella localizzazione dei difetti estetici sulle scocche automobilistiche verniciate è accettato che il difetto da segnalare, di dimensioni in genere almeno pari a 0,01-0,02 mm, si possa trovare all'interno di un cerchio ideale di raggio compreso entro qualche millimetro. Naturalmente occorre di solito anche filtrare le irregolarità ottiche ed i disturbi del processo di acquisizione della superficie con dispositivi optoelettronici, poiché tali irregolarità e disturbi sono un rumore che dipende da diversi elementi del processo di acquisizione ma che non è correlato alla reale presenza di eventuali difetti. A tale scopo si impiegano appositi noti algoritmi e filtri numerici, applicati in fase di elaborazione ai pixel del sensore fotosensibile.

Effettuata l’elaborazione che consente di rilevare la posizione dei pixel nella superficie optoelettronica bidimensionale, per ottenere la reale localizzazione del difetto sulla superficie complessa tridimensionale occorre effettuare una trasformazione matematica inversa ed associare in modo univoco e preciso il pixel del dispositivo optoelettronico in cui si presenta il difetto con il punto spaziale della superficie complessa in cui il difetto realmente si trova (qui chiamato processo di localizzazione del difetto). Tale trasformazione matematica inversa può essere afflitta da errori di diversa natura; quindi i sistemi di localizzazione cercano di contenere l’errore di localizzazione del difetto reale entro limiti accettabili del processo reale.

La localizzazione dei difetti rilevati su una superficie complessa nello spazio è un’attività molto importante in un processo industriale in quanto dopo aver rilevato il difetto con una qualsiasi delle tecniche conosciute, occorre anche localizzare il difetto nello spazio e successivamente segnalare con una certa precisione agli operatori della linea produttiva ovvero ai macchinari connessi a valle il punto nello spazio in cui è presente tale difetto in modo da poter applicare le procedure di processo previste nel caso di presenza di uno o più difetti, anche a seconda della loro tipologia. Tale segnalazione può avvenire tramite differenti sistemi automatici di segnalazione ottica come puntatori laser, di segnalazione meccanica come la segnatura delebile con apposite vernici ed il puntamento con indicatori, di segnalazione informatica come un sinottico delle difettosità su schermo ad alta risoluzione e un database delle coordinate spaziali dei difetti e classificazione dei difetti.

Come si è già detto sopra, trattandosi di una trasformazione inversa che associa in modo univoco il pixel in cui si è rilevato il difetto con il punto spaziale della superficie complessa in cui il difetto realmente si trova, può presentarsi un errore matematico tale da non permettere una soluzione corretta del problema enunciato e comportare un errore, a priori non stimabile e quantitativamente molto elevato.

Nella realtà a tale problematica si cerca di ovviare con diverse tecniche matematiche e metodologie derivate da diversi campi tecnologici e che possono essere utilizzate singolarmente ovvero in composizione tra loro.

Una tecnica consiste nell'acquisire con il sistema optoelettronico più informazioni ottiche della superfici da esaminare, informazioni che differiscono parzialmente o totalmente tra loro, ad esempio spostando e ruotando opportunamente nello spazio il sensore fotosensibile rispetto alla superficie.

Orientando opportunamente il sensore fotosensibile si può così semplificare la trasformazione matematica non lineare da applicare tra la superficie complessa da esaminare e la superficie bidimensionale fotosensibile su cui si forma l'informazione ottica.

Tale tecnica comporta che per ciascuna zona della superficie saranno da esaminare un numero elevato di immagini invece di una sola o poche immagini.

Soprattutto nel caso in cui il sistema di illuminazione ed il sistema di rilevazione (che possono essere solidali ovvero separati ma in ogni caso sincronizzabili nella fase di acquisizione immagine) risultino ingombranti, sarà però difficile raggiungere i punti ottimali di acquisizione della superficie complessa, ossia quei punti in cui si deve trovare il sistema di illuminazione per permettere di illuminare correttamente la superficie e nello stesso tempo quei punti in cui occorre che si trovi il sistema di rilevazione per effettuare rilevazioni della superficie complessa con caratteristiche optoelettroniche soddisfacenti (livelli di contrasto, luminosità e corretta profondità ottica di campo) per rilevare un difetto presente sulla superficie stessa.

Per aumentare la capacità di raggiungere molti punti ottimali di rilevazione ottica della superficie complessa è stato proposto di aumentare il numero di telecamere, indipendenti tra loro. Ciò però aumenta proporzionalmente la complessità del sistema di rilevazione dei difetti e i relativi costi di realizzazione e di gestione.

Ad esempio, US2013/0057678 descrive un sistema con complessi archi luminosi che si muovono lungo una scocca mentre un elevato numero di telecamere fisse inquadrano ogni parte della scocca.

Un’altra tecnica consiste nell’utilizzare solo una parte dell’informazione rilevata così da semplificare ulteriormente la trasformazione geometrica non lineare descritta in precedenza. Ad esempio, si può effettuare una linearizzazione della trasformazione entro termini accettabili.

Tale tecnica comporta però che per una superficie spaziale complessa saranno necessarie un numero di immagini ancora più elevato di quello necessario alla precedente tecnica, con conseguente ulteriore aumento della complessità del sistema automatico di acquisizione e con la necessità di un conseguente aumento delle capacità di calcolo del sistema di elaborazione posto a valle di quello di rilevazione.

Un’altra tecnica consiste nell’aumentare il numero di camere per l’acquisizione immagini, che possono trovarsi su un posizionatore automatico programmabile oppure essere tutte o in parte in posizioni fisse. In tal modo se le camere sono in numero sufficiente ed opportunamente posizionate potranno essere acquisite un numero di immagini sufficienti ad effettuare una corretta rilevazione dei difetti e una corretta trasformazione inversa per associare i difetti ottici alla loro posizione reale sulla superficie complessa.

Per applicare tale tecnica sono però necessari molti sistemi di illuminazione e di acquisizione immagini e non sempre e non tutti possono essere correttamente posizionati nel caso in cui si debbano esaminare delle superfici complesse di forma differente tra loro; questo ad esempio accade se sulla stessa linea produttiva si analizzano scocche auto di modelli diversi.

Un’altra necessità è la calibrazione preliminare tra la superficie complessa da esaminare e l’informazione bidimensionale optoelettronica ovvero il trovare una corrispondenza, assegnata a priori, tra il pixel presente nell’informazione rilevata dal sensore optoelettronico ed il punto reale presente sulla superficie.

E’ possibile stabilire tale associazione tramite target di riferimento, preliminarmente opportunamente collocati sulla superficie complessa campione. In alternativa è possibile stabilire tale associazione conoscendo con elevata precisione le geometrie spaziali della superficie complessa (ad esempio, tramite l’informazione proveniente da sistemi CAD/CAM o strumenti similari) e la loro corretta collocazione nello spazio al momento dell’acquisizione delle immagini della superfici (ad esempio, tramite l’informazione provenienti da sensori di rilevamento della posizione della superficie complessa nello spazio tridimensionale).

Tale tecnica comporta però un notevole aumento delle informazioni necessarie alla ricostruzione geometrica della superficie, un aumento di costo per rilevare con opportuni sistemi la corretta posizione della superficie complessa nello spazio e, infine, un notevole aumento della complessità di elaborazione in quanto nell’elaboratore dovranno essere memorizzate la maggior parte o tutte le relazioni e le trasformazioni geometriche tra i punti reali, nei quali potenzialmente si può trovare un difetto, ed i pixel della superficie bidimensionale che saranno esaminati per la ricerca delle difettosità.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di realizzare un procedimento che permetta fra l’altro di superare gli inconvenienti sopra citati.

In particolare, uno scopo è quello di realizzare un procedimento per la corretta localizzazione dei punti di particolare interesse su una superficie complessa che aumenti l’affidabilità della tecnica e la probabilità di localizzare un punto di particolare interesse la cui posizione non è a priori nota.

Un altro scopo è quello di realizzare un procedimento per la localizzazione di difetti estetici in superfici anche verniciate, che funzioni con un soddisfacente e in genere alto numero di tipologie di superfici complesse. Un altro scopo è quello di ottenere un procedimento più semplice di quelli attuali, con una maggiore libertà di rilevazione dei difetti e con una maggiore possibilità di localizzazione dei difetti rilevati.

In vista di tali scopi si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un metodo per la localizzazione di difetti su una superficie complessa di un oggetto, comprendente le seguenti fasi preliminari alla procedura di ricerca di difetti:

-realizzare un gruppo di acquisizione con un dispositivo di emissione di onde elettromagnetiche e un dispositivo optoelettronico di rilevazione di tali onde elettromagnetiche riflesse dalla superficie complessa,

-definire una traiettoria di scansione a distanza di un punto notevole del gruppo di scansione dalla superficie complessa;

e durante una procedura di ricerca di difetti:

-muovere con un posizionatore automatico il gruppo di acquisizione lungo la traiettoria di scansione;

-definire istanti “i” durante il movimento del gruppo di acquisizione lungo la traiettoria nei quali il gruppo di acquisizione è comandato ad acquisire una immagine della superficie complessa come matrice bidimensionale di pixel del dispositivo optoelettronico;

-memorizzare in una unità di controllo la pluralità di matrici bidimensionali di pixel consecutive ottenute agli istanti “i” lungo la traiettoria;

-memorizzare le coordinate del gruppo di acquisizione lungo la traiettoria negli stessi istanti “i” e associarle alle rispettive matrici bidimensionali della pluralità;

-ricercare difetti nella pluralità matrici bidimensionali e individuare per ogni difetto le coordinate (Xin, Yin) della posizione dei pixel rappresentanti il difetto nella corrispondente matrice bidimensionale, con l’indice “i” che rappresenta l’i-esima matrice e l’indice “n” che rappresenta l’n-esimo difetto rilevato nella matrice;

- localizzare le coordinate spaziali xn, yn, zn sulla superficie complessa del baricentro del difetto n rilevato nella matrice i-esima mediante una trasformazione inversa lineare o linearizzabile applicata alle coordinate Xin,Yin del difetto n-esimo rilevato nella matrice i-esima.

Sempre secondo i principi della presente invenzione si è anche pensato di realizzare un impianto atto a funzionare secondo il metodo precedente comprendente una stazione per la rilevazione dei difetti sulla superficie complessa di un oggetto s in arrivo nella stazione, nella stazione essendo presente il posizionatore programmabile, il gruppo di acquisizione con il dispositivo di emissione di onde elettromagnetiche e il dispositivo optoelettronico di rilevazione di tali onde elettromagnetiche riflesse dalla superficie complessa, tale gruppo di acquisizione essendo montato sul posizionatore programmabile per essere mobile lungo traiettorie sulla superficie complessa dell’oggetto.

Il dispositivo per la localizzazione del difetto sulla superficie tridimensionale può essere montato sul suddetto posizionatore programmabile ovvero su un diverso posizionatore programmabile presente in una stazione successiva.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista schematica di un impianto realizzato secondo l’invenzione;

-figura 2 rappresenta una vista schematica di una stazione nell’impianto per la rilevazione di difetti;

-figura 3 rappresenta una vista schematica di una possibile realizzazione di un gruppo di acquisizione per la rilevazione di difetti secondo l’invenzione; -figura 4 rappresenta una vista schematica di un possibile movimento di un gruppo di acquisizione secondo l’invenzione;

-figura 5 rappresenta una vista schematica della composizione di una traiettoria per il movimento di un gruppo di acquisizione secondo l’invenzione;

-figura 6 rappresenta una vista schematica della trasformazione fra punti su una superficie complessa e una superficie bidimensionale di un dispositivo optoelettronico del gruppo di acquisizione secondo l’invenzione;

-figura 7 rappresenta un possibile schema di connessione di parti componenti l’impianto secondo l’invenzione.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è mostrato un impianto 10 realizzato secondo l’invenzione per rilevare difetti su un oggetto 11, ad esempio la scocca verniciata di un autoveicolo.

L’impianto comprende almeno una stazione 12 di rilevazione dei difetti. Vantaggiosamente, l’impianto 10 può anche comprendere un noto sistema di trasporto 20 che porta sequenzialmente oggetti 11 nella stazione e li rimuove dalla stazione dopo le operazioni di rilevazione di eventuali difetti. Il sistema di trasporto può essere ad esempio un convogliatore. Nel caso che gli oggetti 11 siano scocche di veicoli, le scocche potranno anche essere montate su skid e il trasportatore 20 essere un noto trasportatore a skid.

A valle della stazione 12 potranno essere vantaggiosamente presenti una stazione 21 di classificazione di difetti e una stazione 22 di rimozione dei difetti. Nella stazione 21 un operatore potrà esaminare visivamente i difetti che saranno stati rilevati automaticamente nella stazione 12 e decidere eventualmente se essi sono di entità tale da dover essere rimossi e/o se sono realmente rimovibili con le procedure di rimozione associate alla stazione 22.

Per evidenziare all’operatore nella stazione 21 la posizione sulla superficie della scocca dei difetti rilevati (la suddetta fase è detta di localizzazione dei difetti) nella stazione 12, la stazione 21 comprenderà dispositivi evidenziatori 35. Tali dispositivi ricevono le coordinate dei difetti che sono stati rilevati nella stazione 12 ed evidenziano sulla superficie dell’oggetto 12 le posizioni nelle quali sono presenti i difetti.

Ad esempio i dispositivi 35 possono comprendere in sé noti proiettori di fasci di luce visibile (ad esempio dei proiettori laser) comandabili per dirigere i fasci verso punti dello spazio nella stazione 21 in base a coordinate spaziali che vengono inviate dall’unità 18 ai proiettori.

In tale modo, l’unità 18 può comandare i proiettori, opportunamente disposti attorno all’oggetto 11 che arriva nella stazione 21, in modo da illuminare i punti della superficie dell’oggetto nei quali sono presenti i difetti. L’illuminazione del difetto può essere fatta ad esempio con una zona illuminata (ad esempio una macchia di luce circolare) con all’interno della macchia il difetto o anche con un perimetro illuminato (ad esempio un bordo circolare) attorno al difetto.

In alternativa, i dispositivi evidenziatori 35 possono comprendere dispositivi per la realtà aumentata quali ad esempio occhiali per realtà aumentata indossati dagli operatori, che ricevono le coordinate spaziali dei difetti e che mostrano aree di evidenziazione dei difetti sovrapposte alla visione diretta dell’oggetto attraverso gli occhiali, o anche computer portatili tipo Tablet per la semplificazione delle procedure di ricerca, e categorizzazione del difetto che attraverso una ricostruzione dell'area scansionata individuano sullo schermo la posizione dei difetti.

In alternativa, i dispositivi evidenziatori 35 possono comprendere un sistema di segnatura delebile del difetto sulla scocca quali ad esempio marcatori opportunamente montati su dispositivi automatici tipo 23 (ad esempio mediante uno o più bracci robotizzati tipo 23 con un opportuno numero di gradi di libertà per poter raggiungere ed operare con marcatori sui difetti rilevati sull’oggetto 11).

In ogni modo, l’operatore avrà una indicazione precisa dei difetti rilevati dalla stazione 12 e potrà decidere per ciascun difetto se può essere rimosso nella stazione 22, se può essere trascurato o se comporta lo scarto dell’oggetto con eventuale necessità di ulteriori lavorazioni non possibili nella stazione 22 (ad esempio, necessità di una riverniciatura dell’oggetto). L’operazione di rimozione dei difetti può essere manuale, effettuata da un operatore opportunamente attrezzato (ad esempio con un utensile elettrico di levigatura/lucidatura) oppure essere automatizzata con dispositivi automatici 23 (ad esempio mediante uno o più bracci robotizzati 23 con un opportuno numero di gradi di libertà per poter raggiungere ed operare con loro utensili automatici 24 sui difetti rilevati sull’oggetto 11).

Nel caso di operazione manuale, la stazione 22 potrà comprendere dispositivi evidenziatori simili a quelli della stazione 21 per evidenziare agli operatori incaricati della rimozione la posizione sulla scocca dei difetti segnalati ancora come tali dopo la selezione operata nella stazione 21. Nel caso di operazione automatizzata, i dispositivi 23 riceveranno le coordinate spaziali dei difetti segnalati ancora come tali dopo la selezione operata nella stazione 21 e da rimuovere dalla superficie dell’oggetto, e opereranno su tali difetti con i loro adatti utensili 24.

Eventualmente, le stazioni 21 e 22 possono essere raggruppate in una sola stazione di ispezione e rimozione oppure una delle due può totalmente mancare se ritenuta non necessaria.

Ad esempio, può essere previsto che gli stessi operatori che ispezionano i difetti come sopra descritto in riferimento alla stazione 21, operino direttamente sui difetti per rimuoverli se necessario appena li localizzano, evitando il passaggio nella stazione 22.

Possono anche essere previste operazioni di rimozione in due o più fasi a seconda dell’entità e tipo di difetto, con più stazioni di rimozione.

Inoltre, nel caso non sia richiesta la fase di selezione dei difetti da parte di un operatore, si può evitare di prevedere la stazione 21 e passare direttamente alla stazione di rimozione. Ad esempio, nel caso di rimozione automatica, si può impiegare direttamente la sola stazione 22 con i dispositivi automatici.

Per rilevare i difetti, la stazione 12 comprende vantaggiosamente un dispositivo di emissione di onde elettromagnetiche 13 e un dispositivo optoelettronico 14 di rilevazione delle onde elettromagnetiche riflesse dall’oggetto 11.

Il dispositivo 14 può essere anche formato da più dispositivi optoelettronici o sensori ottici opportunamente correlati fra loro, ad esempio più telecamere, come sarà chiaro nel seguito.

Le onde elettromagnetiche devono essere scelte per essere adatte sia a venire riflesse dalla superficie dell’oggetto 11 sul quale si vogliono individuare i difetti, sia ad essere correttamente rilevate dal dispositivo optoelettronico 14 dopo la riflessione.

In particolare, il dispositivo di emissione 13 può essere un dispositivo illuminatore a largo spettro o con una banda passante ridotta o con una mono lunghezza d’onda, a seconda delle necessità e dei desideri.

L’onda elettromagnetica può essere nel campo della radiazione elettromagnetica visibile all'occhio umano o invisibile (ad esempio, radiazione infrarossa). Il dispositivo optoelettronico 14 sarà scelto per essere sensibile almeno ad una parte della banda emessa dalla sorgente. Tale dispositivo optoelettronico 14 può comprendere ad esempio una o più telecamere convenzionali in tecnologia CMOS e sensibili anche all’infrarosso vicino o comunque alla lunghezze d’onda della luce emesse dal dispositivo illuminatore 13.

Vantaggiosamente il dispositivo di emissione 13 e il dispositivo optoelettronico 14 sono disposti ravvicinati e solidali fra loro per formare un gruppo di acquisizione 25.

Preferibilmente, il dispositivo di emissione 13 e il dispositivo optoelettronico 14 possono essere collocati nel gruppo di acquisizione 25 sostanzialmente in asse fra loro a breve distanza, in modo che la radiazione elettromagnetica riflessa dall’oggetto 11 in modo diffuso in tutte le direzioni possa permettere di rilevare i difetti estetici superficiali e di verniciatura con un migliore rapporto segnale-rumore e quindi con una migliore probabilità di rilevare correttamente il difetto.

Come si vede sempre in figura 1, la stazione 12 comprende anche un posizionatore automatico programmabile 15 sul quale è installato il gruppo di acquisizione 25 e che permette di fare percorrere, con le modalità che si descrivono in seguito, traiettorie adatte alla scansione a breve distanza della superficie complessa tridimensionale dell’oggetto sulla quale si vogliono rilevare i difetti.

In particolare, il posizionatore 15 può vantaggiosamente essere un robot con sei assi controllabili in modo interpolato o robot antropomorfo, con il gruppo di acquisizione montato sul polso del robot.

La stazione 12 (ed eventualmente anche le stazioni 21,22) comprenderà preferibilmente anche un in sé noto sistema di posizione che permetterà di stabilire con voluta precisione la posizione dell’oggetto 11 entro la stazione. Tale sistema di posizione potrà comprendere riscontri fisici di posizionamento 16 e/o sensori 17 di rilevazione della posizione. Ad esempio, i riscontri fisici potranno essere opportuni arresti meccanici dell’oggetto entro la stazione e/o perni di riscontro che quando l’oggetto giunge alla stazione si inseriscono con precisione in corrispondenti fori nell’oggetto o in un supporto solidale all’oggetto e mosso con esso.

I sensori potranno essere ad esempio sensori di posizione ottici e/o elettromeccanici, come facilmente immaginabile dal tecnico. I sensori di rilevazione della posizione potranno anche essere coadiuvati da target di riferimenti apposti sulla superficie dell’oggetto, come facilmente immaginabile dal tecnico. Lo stesso sistema di trasporto può essere realizzato per fermare l’oggetto 11 in una precisa posizione all’interno della stazione.

In ogni caso, l’oggetto 11 sarà disposto nelle stazioni in una posizione precisa o comunque una posizione conosciuta e le coordinate nello spazio che si rileveranno sulla superficie dell’oggetto saranno tutte riferite a tale posizione, cosicché un insieme di coordinate spaziali di un punto sulla superficie dell’oggetto in una stazione corrisponderanno (o potranno essere facilmente convertite per corrispondere) alle coordinate spaziali dello stesso punto nelle altre stazioni.

L’impianto 10 comprenderà anche una unità di controllo elettronica 18 (vantaggiosamente un unico o più elaboratori elettronici opportunamente programmati) che, con le modalità che saranno chiare dal seguito, comanderà il posizionatore programmabile, il gruppo di acquisizione e riceverà eventuali segnali dal sistema di posizione dell’oggetto. Tale unità 18 potrà essere anche formata in pratica da più sotto unità di controllo (ciascuna adibita ad una delle funzioni necessarie al funzionamento dell’impianto, quali ad esempio controllo del singolo robot, del singolo sistema di acquisizione e individuazione dei difetti, del singolo sistema di segnalazione e/o rimozione dei difetti, ecc.) opportunamente interconnesse fra loro per scambiarsi i dati necessari, come sarà chiaro dal seguito.

In figura 2 è mostrata schematicamente e in maggiore dettaglio una possibile realizzazione della stazione 12.

Come si vede in tale figura, il posizionatore automatico programmabile 15, è preferibilmente realizzato con un robot con sette assi controllabili in modo interpolato (robot antropomorfo), dotato di un polso 26 con una flangia di aggancio 27 sulla quale è montato il gruppo di acquisizione 25.

La superficie complessa tridimensionale dell’oggetto 11 sulla quale rilevare i difetti è ad esempio parte di una scocca di autoveicolo portata nella stazione dal trasportatore sequenziale 20.

Come bene si vede in figura 2, il gruppo di acquisizione 25 è preferibilmente realizzato con una forma allungata lungo un asse (asse Y in figura 2) che sarà trasversale alla traiettoria di movimento del gruppo di acquisizione 25, così da interessare una zona 28 corrispondentemente allungata (vantaggiosamente rettangolare) sulla superficie complessa dell’oggetto dove viene proiettato il fascio di radiazioni generate dal dispositivo di emissione 13.

Ad esempio il gruppo di acquisizione potrà interessare una zona di ampiezza di alcuni millimetri (ad esempio fra 5 e 30mm) nella direzione di movimento lungo la traiettoria in direzione e una larghezza di ad esempio alcune decine di centimetri (ad esempio fra 25 cm e 1m) nella direzione trasversale. In generale, le dimensioni dell’area acquisita saranno nella proporzione di almeno 1 a 10 fra dimensione lungo la traiettoria e dimensione trasversale alla traiettoria.

Grazie alla ampiezza ridotta in direzione del movimento lungo la traiettoria, la trasformazione fra immagine rilevata e porzione della superficie scansionata può essere ritenuta sostanzialmente lineare o comunque linearizzabile con errore sufficientemente limitato, come sarà chiaro dal seguito.

In figura 3 è schematicamente mostrata una possibile realizzazione del gruppo di acquisizione 25 dal lato di emissione del fascio elettromagnetico. Tale gruppo 25 comprende il dispositivo di emissione 13 formato da un illuminatore allungato rettangolare per illuminare la detta zona rettangolare e una coppia di telecamere che formano il dispositivo optoelettronico 14 di rilevazione delle onde elettromagnetiche riflesse dall’oggetto 11. Le telecamere 14 sono solidali all’illuminatore, disposte lateralmente ad esso e distanziate lungo il suo asse per rilevare correttamente l’intera zona rettangolare proiettata dall’illuminatore sulla superficie complessa.

In ogni caso, vantaggiosamente, dopo avere vincolato meccanicamente il dispositivo di emissione 13 sul posizionatore programmabile, come ad esempio al polso del robot antropomorfo, in modo che proietti un fascio di radiazione elettromagnetica su almeno una parte della superficie complessa da ispezionare, si vincola meccanicamente il dispositivo optoelettronico alla zona terminale del posizionatore automatico programmabile in modo riceva correttamente il fascio di radiazione elettromagnetica riflesso dalla superficie da ispezionare.

Come si vede nelle figure 2 e 3 l’illuminatore è preferibilmente realizzato per proiettare una immagine rettangolare formata da sottili bande chiare e scure alternate e parallele, estese lungo l’asse maggiore dell’immagine rettangolare. Tali bande saranno estese trasversalmente alla traiettoria di movimento del dispositivo di acquisizione lungo la superficie complessa. Ciò può migliorare la rilevazione dei difetti. Comunque anche una zona uniformemente illuminata può essere impiegata.

In figura 4 è mostrato schematicamente il gruppo di acquisizione 25 che proietta l’immagine nella zona 28 mentre viene mosso (per mezzo dal posizionatore 15) alla distanza D lungo una traiettoria 29 sopra la superficie complessa dell’oggetto 11 (ad esempio il tetto di una scocca).

Poiché l’estensione del gruppo di acquisizione 25 sarà in genere rettilinea e piana, mentre la superficie complessa avrà in genere un andamento non piano, come distanza D potrà essere considerata la distanza nota di almeno un punto prestabilito del gruppo di acquisizione dalla superficie complessa da esaminare. La traiettoria 29 potrà essere ad esempio quella seguita nello spazio dal tale punto prestabilito.

La distanza D potrà dipendere ad esempio dal tipo di superficie e dal tipo di difetto ricercato. In genere una distanza D trovata vantaggiosa può essere compresa fra 5 e 50cm.

Come schematicamente mostrato in figura 5, la traiettoria continua 29 potrà essere definita nello spazio da un insieme discreto di punti Pti (dove “t” indica che sono punti necessari a definire una traiettoria ed “i” l’i-esimo punto necessario per definire la traiettoria stessa) i quali sono individuati e salvati preferibilmente in una fase di impostazione che precede la scansione della superficie da parte del gruppo di acquisizione per la ricerca dei difetti.

Un opportuno e in sé noto algoritmo potrà calcolare l’intera traiettoria a partire da tale insieme discreto di punti Pti, come facilmente immaginabile dal tecnico esperto. Lungo la traiettoria 29 si potranno poi individuare posizioni Pri (dove “r” indica che sono posizioni di rilevazione della superficie lungo le diverse traiettorie e “i” l’i-esima posizione di rilevazione appartenente alla traiettoria stessa) addizionali ai punti Pti che individuano la traiettoria, nei quali effettuare le rilevazioni delle immagini dei difetti, come sarà chiarito nel seguito.

La proiezione della radiazione elettromagnetica e la sua conseguente rilevazione da parte del dispositivo optoelettronico, dopo la riflessione da parte della superficie complessa dell’oggetto 11, devono avvenire correttamente lungo l’intera traiettoria di rilevazione dei difetti. Lungo la traiettoria deve perciò essere prevista anche una corretta inclinazione del gruppo di acquisizione rispetto alla superficie, vale a dire un corretto posizionamento reciproco del dispositivo di emissione 13 e di rilevazione 14. In altri termini, per la corretta acquisizione dei difetti sulla superficie complessa la posizione del gruppo di acquisizione deve esse definita in modo sufficientemente completo nello spazio lungo le traiettorie scelte. In ogni caso, una volta che la traiettoria è stata definita, essa verrà inviata al posizionatore 15 per la sua esecuzione nello spazio muovendo il gruppo di acquisizione lungo tale traiettoria.

Come sarà ulteriormente spiegato nel seguito, durante la procedura di ricerca dei difetti, il gruppo di acquisizione, durante il movimento lungo la traiettoria, acquisirà immagini della superficie complessa ad istanti predefiniti, e a tali immagini verranno associate le posizioni del dispositivo lungo la traiettoria in quegli istanti. Una opportuna trasformazione lineare o linearizzabile permetterà di passare successivamente alle coordinate spaziali dei punti sulla superficie complessa a partire dalle coordinate della immagine bidimensionale ripresa nella specifica posizione lungo la traiettoria. In tale modo, una volta individuata la posizione di un difetto nell’immagine bidimensionale ripresa si avrà la precisa posizione spaziale del difetto sulla superficie complessa reale.

In figura 6 è mostrata schematicamente la corrispondenza fra punti di interesse della zona 28 della superficie complessa inquadrata (figura 6a) e la loro rappresentazione su una superficie sensibile bidimensionale 30 del dispositivo optoelettronico 14 (figura 6b), che in genere corrisponderà ad una matrice bidimensionale di pixel. Un generico tratto Dl sulla superficie complessa, misurato in mm, corrisponde ad un tratto DL sulla superficie bidimensionale 30 del dispositivo 13,misurato in pixel .

Xi, Yi definiscono le coordinate bidimensionali di un qualsiasi punto i-esimo della superficie bidimensionale 30 del dispositivo optoelettronico, mentre le coordinate xi, yi, zi definiscono le coordinate spaziali di un qualsiasi punto iesimo della superficie complessa 28 dell’oggetto 11.

Si tratta perciò di trovare la trasformata T (e la corrispondente T<-1>) che permetta di passare da xi, yi, zi a Xi, Yi e viceversa per tutti i punti della superficie complessa che contengono un difetto.

Vantaggiosamente, per la corretta localizzazione dei punti di particolare interesse (che nella presente descrizione sono chiamati per semplicità “difetti”) che sono eventualmente presenti sulla superficie complessa dell’oggetto, può essere utile una procedura iniziale di impostazione del sistema per assicurare che il gruppo di acquisizione sia pronto ad operare correttamente seguendo opportune traiettorie 29, trovando opportuni coefficienti della trasformata che saranno impiegati durante la localizzazione dei difetti, come sarà chiaro nel seguito.

Per ottenere gli adatti coefficienti può essere vantaggiosamente seguita la seguente procedura iniziale.

La procedura iniziale di predisposizione del sistema può prevedere di disporre almeno un punto della superficie sensibile del dispositivo optoelettronico, vincolato alla zona terminale del posizionatore automatico programmabile, ad una distanza nota dalla superficie complessa da esaminare che resterà circa costante per ogni scansione della superficie (ad esempio la summenzionata distanza D) e orienta poi il gruppo di acquisizione (o il dispositivo optoelettronico, se svincolato) con una opportuna angolazione rispetto alla superficie complessa in modo tale che tutti i punti di interesse della zona della superficie inquadrata siano proiettati su una zona della superficie bidimensionale sensibile 30 del dispositivo optoelettronico 14.

Vantaggiosamente, è preferibile che la proiezione dia luogo ad una corrispondenza fra i punti di interesse della zona della superficie inquadrata e i punti sulla zona ristretta della superficie bidimensionale sensibile del sensore optoelettronico che sia vantaggiosamente una trasformata matematica T lineare e se non lineare almeno linearizzabile.

Ottenuto il posizionamento corretto, la posizione assoluta nello spazio tridimensionale della zona terminale del posizionatore automatico programmabile (vale a dire la posizione raggiunta dal posizionatore con il gruppo di acquisizione) viene registrata in una memoria dell’unità di controllo elettronica 18 come punto Pti.

Tale posizione può ad esempio essere riferita al centro flangia del polso del robot antropomorfo.

Si sposta poi il posizionatore per inquadrare una diversa zona di interesse della superficie dell’oggetto e si ripetono le operazioni summenzionate, e così via fino ad attraversare tutta la superficie complessa con una scansione opportunamente cadenzata che permetta di trasformare tutti i punti della superficie complessa in punti (pixel) della superficie bidimensionale 30 del dispositivo optoelettronico 14.

Alla fine del processo, la summenzionata memoria dell’unità di controllo elettronica 18 conterrà tutte le posizioni assolute Pti assunte durante la scansione dal posizionatore automatico programmabile. E’ da notare che il numero “n” di posizioni salvate può essere anche inferiore al numero “m” di posizioni che è necessario per scansionare completamente punto-punto la superficie complessa da esaminare. In altre parole, n<=m.

Durante la procedura iniziale, sulla superficie complessa di un oggetto campione (in genere simile o uguale agli oggetti che verranno successivamente analizzati nella stazione) verranno opportunamente posti dei marcatori facilmente individuabili dal sistema di acquisizione (ad esempio bollini colorati) e disposti a coppie ad una opportuna distanza reciproca Dl per essere visibili lungo la traiettoria. Ciò è mostrato schematicamente sempre in figura 6 dove Dl è appunto un tratto sulla superficie complessa 28 fra due punti su tale superficie complessa. I punti sulla superficie complessa a distanza Dl, misurabile in mm, saranno rilevati dal dispositivo di acquisizione come punti a distanza DL, misurabile in pixel, sulla superficie bidimensionale 30 del dispositivo 13. DL ( Xì-Xi-1, Yì-Yi-1) è perciò il tratto sulla superficie bidimensionale 30 corrispondente al tratto Dl ( xì-xi-1, yì-yi-1,zì-zi-1,) della superficie complessa 28.

La trasformazione tra un punto sulla superficie bidimensionale 30, ad esempio riferibile all'origine della superficie sensibile (Xi-1=0, Yi-1=0) ed il tratto corrispondente con entrambi i punti appartenenti alla superficie complessa 28, entrambi riferibili all'origine delle coordinate del posizionatore (x=0, y=0 , z=0), può impiegare perciò un coefficiente moltiplicativo di conversione, detto coefficiente di dilatazione, da applicare all’antitrasformata, espresso ad esempio in mm/pixel, della zona n-esima presente nella rilevazione i-esima:

Cni = Dlni/DLni

Se possibile, i coefficienti di conversione Cni saranno scelti in numero ridotto e possono essere anche essere approssimati ad uno solo per singola rilevazione i-esima della superficie complessa, detto Ci , ed il coefficiente di conversione può anche essere approssimato sempre allo stesso valore, detto C, per le diverse parti della superficie complessa acquisite con il dispositivo optoelettronico.

Con un opportuno algoritmo di tracciatura delle traiettorie (in sé sostanzialmente noto e perciò qui non ulteriormente descritto o mostrato) si possono collegare logicamente fra loro i punti Pti salvati, in modo da formare una traiettoria continua che passa per tali punti e che è la traiettoria 29 utile per effettuare una scansione completa della superficie complessa attraverso il dispositivo optoelettronico 14 movimentato dal posizionatore. Alla traiettoria 29 così realizzata potranno anche essere aggiunti ulteriori punti (come ad esempio in figura 4) che definiscono ulteriori posizioni Pai del posizionatore automatico programmabile. Tali posizioni Pai (dove “a” indica che sono punti accessori, necessari a raccordare tra loro le diverse traiettorie ed “i” l’i-esimo punto necessario a raccordare la traiettoria stessa) non sono necessarie per la scansione della superficie complessa ma sono prossime alle posizioni Pti e fungeranno da posizioni di raccordo nella traiettoria completa tra diversi tratti della traiettoria formati dalle posizioni di scansione salvate, in modo da definire un’unica traiettoria percorribile dal posizionatore automatico programmabile che va da un punto iniziale ad un punto finale della scansione.

Terminata la procedura iniziale di definizione della traiettoria del posizionatore programmabile, si può scansionare completamente la superficie complessa per la ricerca automatica dei difetti.

Durante tale ricerca il posizionatore segue la traiettoria 29 impostata così da scansionare completamente la superficie complessa ad una velocità V (ad esempio impostabile sul controllore del posizionatore automatico). Tale velocità V può essere anche costante ed essere compresa fra una velocità minima Vmin e una velocità massima Vmax, dove il range di velocità varia da 100 mm/s a 1000 mm/s . La velocità V sarà funzione anche delle effettive caratteristiche hardware e software dei dispositivi utilizzati nel procedimento descritto e che possono ridurre o aumentare la velocità di corretta scansione della superficie complessa.

Come sopra accennato, le posizioni di rilevazione Pri lungo la traiettoria, nelle quali viene effettuata la rilevazione dei punti della superficie complessa, possono essere differenti come posizione assoluta e come numero dalle posizioni che sono state salvate in memoria durante la fase di definizione della traiettoria. In ogni caso, le posizioni Pri lungo la traiettoria nelle quali viene effettuata la rilevazione dei punti della superficie complessa dovranno essere in numero almeno sufficiente ad effettuare una scansione completa della superficie complessa. In sostanza, il posizionatore sposta il gruppo di acquisizione lungo la traiettoria e ad intervalli di tempo prefissati viene effettuata l’acquisizione dell’immagine della zona di superficie in quel momento inquadrata.

La formula Ti<= Li/Vi può essere impiegata per stabilire almeno le posizioni Pri del posizionatore automatico programmabile in cui deve avvenire la rilevazione dei punti della superficie complessa tramite il dispositivo optoelettronico 14 posto sul posizionatore automatico 15 che percorre un tratto di traiettoria a velocità Vi anche costante lungo ogni tratto di traiettoria 29. In tale formula, Ti è l’intervallo di tempo tra una scansione in una posizione Pri-1 e la successiva scansione nella posizione Pri; Li è la lunghezza dell’area 28 nella direzione di movimento della superficie complessa ripresa dal dispositivo optoelettronico (vale a dire ad esempio la distanza trasversale tra la prima e l’ultima banda elettromagnetica scura proiettata sulla superficie complessa), area 28 che viene proiettata sulla superficie bidimensionale 30 del dispositivo optoelettronico di scansione; Vi è la velocità, a tratti costante, a cui si muove il posizionatore automatico lungo la traiettoria.

In altre parole, tra una rilevazione in posizione Pri-1 di una zona della superficie complessa e la successiva rilevazione Pri di un’altra zona deve trascorrere un tempo inferiore a Ti (caso di sovracampionamento della superficie) o al massimo uguale a Ti (caso di campionamento della superficie senza sovrapposizione di immagini) per scansionare completamente, zona dopo zona, ogni punto dell’intera superficie complessa.

Le acquisizioni avverranno perciò ad istanti Ti dove |Ti+1-Ti|<=Li/Vi, ed “i” indica la i-esima acquisizione.

Per esempio, si può generare un impulso Ii, detto di rilevazione o di “trigger”, (dove “i” indica l’i-esimo impulso) per comandare il dispositivo optoelettronico di rilevazione della superficie complessa negli istanti Ti.

Se si ritiene necessario un analogo impulso, o lo stesso impulso, può anche essere usato per attivare il dispositivo per l’emissione elettromagnetica verso la superficie complessa, quando si vuole attivarlo non in continuo durante la scansione ma al contrario utilizzarlo per effettuare un’emissione elettromagnetica istantanea e limitata nel tempo (detta “strobo”).

L’impulso di rilevazione Ii può essere emesso dall’unità di controllo 18 oppure anche essere ottenuto tramite un generatore di impulsi separato dall’unità di controllo e che possa emettere tale impulso con intervalli anche molto brevi. Il dispositivo generatore può anche essere inserito nel gruppo di acquisizione.

La stessa procedura per definire gli istanti di acquisizione può essere impiegata durante la fase di impostazione iniziale già sopra descritta per rilevare le immagini utili al calcolo dei coefficienti Cin.

In figura 7 è mostrato schematicamente un possibile schema di connessione del sistema con anche un eventuale generatore di impulsi 31. Gli impulsi possono esser inviati al gruppo di acquisizione tramite una connessione 32 che può essere una semplice connessione elettrica che trasmette direttamente l’impulso elettrico oppure una rete informatica che trasmette l’impulso elettrico sotto forma di un comando con opportuna codifica, come ora facilmente immaginabile dal tecnico.

Il gruppo di acquisizione 25, l’eventuale generatore 31 e il posizionatore 15 (eventualmente integrato con una propria unità di controllo a basso livello 33) possono anche essere connessi all’unità di controllo 18 attraverso un noto bus dati 34.

Ad ogni i-esima acquisizione all’istante Ti (vale a dire ad ogni i-esimo impulso di trigger Ii, se previsto) si salvano sull’unità di controllo 18 (e/o su un altro dispositivo di elaborazione dell’impianto), la posizione assoluta Pri del posizionatore automatico programmabile e gli elementi della matrice di pixel 30 del dispositivo optoelettronico che sono ottenuti in quella posizione per mezzo della acquisizione di una parte della superficie complessa.

I pixel della matrice 30 possono essere elaborati in modo da creare una associazione tra la posizione assoluta Pri del posizionatore automatico programmabile e la matrice di pixel stessa per ogni i-esima acquisizione. Anche l’elaborazione di tali informazioni può avvenire sulla stessa unità di controllo del posizionatore automatico o su un altro dispositivo di elaborazione (ad esempio un adatto elaboratore opportunamente programmato).

La elaborazione dei pixel per il riconoscimento del difetto può avvenire durante la scansione, al termine della scansione, oppure in parte durante la scansione ed in parte al termine della scansione stessa, dipendentemente dalle specifiche preferenze ed esigenze pratiche e dalla potenza del sistema di elaborazione impiegato.

Per ogni i-esima acquisizione effettuata con il dispositivo optoelettronico 14 si possono individuare quei pixel dell’immagine della superficie bidimensionale 30 nei quali sono presenti “punti notevoli” (ad esempio difetti estetici ma non solo) vale a dire quei punti che si discostano per valori di parametri prestabiliti (ad esempio luminosità e/o contrasto e/o colore ecc.) da punti adiacenti dell’immagine e che devono essere rilevati nell’immagine per poi essere localizzati spazialmente sulla reale superficie complessa.

La posizione dei pixel rappresentanti i punti notevoli nella matrice bidimensionale di pixel 30 ottenuta con il dispositivo optoelettronico può essere rappresentata attraverso le coordinate (Xin,Yin) della matrice di pixel della superficie 30 del dispositivo optoelettronico, con l’indice “i” che rappresenta l’i-esima scansione e l’indice “n” che rappresenta l’n-esimo punto notevole rilevato nella matrice.

Vantaggiosamente, nel caso in cui il punto notevole corrisponda ad un gruppo di pixel adiacenti anziché ad un solo pixel o punto, la posizione del punto notevole nella matrice bidimensionale 30 può essere definita con le coordinate del baricentro del gruppo di punti, vale a dire (Xinb, Yinb) (dove l’indice “b” indica il baricentro) approssimate alla coordinata più prossima. Per semplicità nel seguito di indicherà la posizione del punto notevole nella matrice bidimensionale 30 sempre con (Xin,Yin) anche nel caso di coordinate (Xinb, Yinb) del baricentro di un punto notevole.

Una volta ottenute le coordinate (Xin, Yin) del punto notevole nell’immagine bidimensionale, si deve localizzare tale punto notevole sulla superficie complessa, vale a dire si deve risalire alle coordinate spaziali (xn, yn, zn) del punto sulla superficie complessa.

Per fare ciò si può vantaggiosamente seguire il seguente procedimento, operato dall’unità elettronica di controllo del sistema.

Si determina innanzitutto l’indice della matrice bidimensionale 30 del dispositivo optoelettronico in cui è presente il punto notevole da trasformare, ad esempio se il punto notevole è stato acquisito all’istante “Ti” con l’i-esimo “trigger” occorre considerare l’indice “i”.

Si determina poi la posizione assoluta i-esima del posizionatore automatico programmabile associata all’istante i-esimo (vale a dire la posizione del gruppo di acquisizione mosso dal posizionatore all’istante i-esimo).

Ad esempio si avrà (xri, yri, zri, rxri, ryri, rzri) dove l’indice “r” indica la coordinata del centro flangia del polso 26 del robot 15 di figura 2 e dove l’indice “i” indica l’ i-esimo istante di trigger. Come noto al tecnico esperto, con x, y, z, si indicano le coordinate spaziali dell’estremità del posizionatore e con rx, ry, rz si indicano gli angoli di rotazione di tale estremità rispetto ai tre assi, così da avere individuata completamente la posizione e orientamento del posizionatore (e di conseguenza del gruppo di acquisizione da esso movimentato).

Per quanto sopra descritto, la posizione assoluta i-esima del posizionatore automatico programmabile risulta associata anche alla matrice bidimensionale i-esima del dispositivo optoelettronico.

Si determina poi la correzione da effettuare nella ricerca del punto notevole sulla superficie complessa utilizzando le coordinate (Xin, Yin) nella matrice bidimensionale del punto notevole trasformato e presente nella rilevazione i-esima. Tale correzione viene eseguita applicando uno o più opportuni coefficienti di calibrazione Cin che sono stati ottenuti durante la calibrazione iniziale, come già sopra accennato, prendendo due punti opportuni sulla superficie complessa, rintracciando tali due punti all’istante Ti nella matrice 30 dell’immagine ripresa dal gruppo di acquisizione e misurando la distanza Dli (ad esempio espressa in mm) fra i due punti sulla superficie complessa e la distanza DLi (ad esempio espressa in pixel) fra gli stessi due punti trasformati nei pixel della superficie bidimensionale 30 del dispositivo optoelettronico (figura 6).

Si localizza la posizione assoluta dell’estremità del posizionatore automatico programmabile rispetto al punto notevole della superficie complessa sommando fra loro la posizione assoluta Pi assunta dal posizionatore automatico programmabile al momento del trigger i-esimo e le coordinate spaziali ottenute con l’anti-trasformata T<-1 >delle coordinate del pixel del punto notevole Pin presente nella matrice di pixel 30 del dispositivo optoelettronico al momento dello stesso i-esimo trigger.

Ad esempio, se si definisce come X l’asse della matrice bidimensionale dei pixel secondo cui avanza la traiettoria di scansione della superficie complessa e Y l’asse trasversale alla direzione di scansione, le coordinate (xn, yn, zn) del punto notevole n nella scansione i-esima nello spazio saranno pari a:

xn=xri + cin *( a11 * Xin + a12 * Yin)

yn=yri + cin * ( a21 * Xin + a22 * Yin) (1)

zn=zri + cin * ( a31 * Xin + a32 * Yin)

dove i coefficienti aij, che possono anche avere segno negativo e che vanno determinati volta per volta per ogni antitrasformata, dipendono dalla posizione relativa della superficie complessa nello spazio e localmente dal verso di percorrenza della superficie nello spazio e sono calcolabili come semplici trasformazioni trigonometriche, ora facilmente immaginabili dal tecnico esperto e perciò qui non ulteriormente descritte o mostrate.

A titolo di esempio, considerando un punto Pn di coordinate (xpn, ypn, zpn) sulla superficie complessa, ripreso come punto Px (di coordinate Xi, Yi) nelle i-esima immagine ripresa al punto Pri di coordinate (xri, yri, zri) della traiettoria a distanza D (parallela all’asse Z) dalla superficie complessa, si potrà avere (come chiaro al tecnico) la semplice relazione di trasformazione:

xpn=xri + cin *( Xin cosα - Yin senα)

ypn=yri + cin * (Xin senα Yin cosα)

zpn=zri - D

Con α = angolo di inclinazione degli assi assoluti x, y ai quali viene riferita la superficie complessa, rispetto agli assi X, Y solidali al dispositivo optoelettronico.

Si ottiene così le desiderate coordinate spaziali del difetto sulla superficie complessa.

Vantaggiosamente, i calcoli summenzionati possono essere ulteriormente semplificati impiegando la cosiddetta modalità di funzionamento del posizionatore automatico programmabile detta “tool” e che esiste in molti robot antropomorfi.

Per impiegare tale funzione, si localizza la posizione assoluta del posizionatore automatico programmabile rispetto al punto notevole della superficie lavorando nella modalità di funzionamento del posizionatore automatico programmabile detta “tool”, definendo opportunamente gli assi di riferimento detti assi “z tool”, “x tool” e “y tool”.

In particolare, si possono definire nelle fasi di impostazione iniziale un asse “z tool” come la direzione di avanzamento della flangia 27 del polso del robot lungo la perpendicolare alla flangia stessa, con segno positivo per l’avvicinamento alla superficie; un asse “x tool” come la direzione di avanzamento della flangia nel verso di percorrenza della traiettoria, con segno positivo per il procedere della scansione lungo la traiettoria; un asse “y tool” come la direzione ortogonale al verso di percorrenza della traiettoria ed ortogonale alla direzione di avanzamento della flangia lungo la perpendicolare alla flangia stessa, con segno positivo secondo le regole della vite sinistrorsa.

Posizionando il posizionatore automatico programmabile nella posizione assoluta assunta dal posizionatore automatico programmabile al momento del trigger i-esimo e utilizzando la modalità di movimento “tool” si corregge nello spazio la posizione del centro flangia del robot attraverso l’antitrasformata delle coordinate del pixel del punto notevole “n” presente nella matrice optoelettronica al momento dello stesso i-esimo trigger, dove l’asse X della superficie del sensore optoelettronico risulta allineato con l’asse “x tool” del posizionatore automatico con verso concorde e dove l’asse Y della superficie del sensore optoelettronico risulta allineata con l’asse “y tool” del posizionatore automatico con verso concorde.

Quindi, le correzioni “delta x in modalità tool” e “delta y in modalità tool” per lo n-esimo punto notevole determinato nella i- esima rilevazione sono pari a:

Dxintool= cin * Xin

Dyintool= cin * Yin

Per localizzare con le coordinate assolute il punto “n” presente nella rilevazione i-esima sarà perciò solo necessario portare la flangia del posizionatore automatico programmabile nel punto corretto in modalità “tool” ed acquisire dal controllore del posizionatore automatico programmabile le coordinate assolute del posizionatore automatico programmabile stesso. Come ora chiaro al tecnico esperto, ciò comporta una ulteriore semplificazione dei calcoli.

Sia che si impieghino le equazioni sopra indicate con (1), sia che si impieghi la funzione “tool”, la localizzazione del punto notevole della superficie viene effettuata in pratica mantenendo sostanzialmente ad una distanza costante perpendicolare alla superficie nell’intorno del punto notevole la flangia del posizionatore automatico programmabile su cui sarà opportunamente montato il gruppo di acquisizione.

In ogni caso, una volta ottenute nella stazione 12 le posizioni spaziali dei difetti sulla superficie complessa dell’oggetto, tali informazioni saranno passate alle stazioni successive per le operazioni di eventuale valutazione e di eventuale rimozione del difetto, come già sopra descritto.

E’ a questo punto chiaro come si siano raggiunti gli scopi dell’invenzione. Grazie all’impianto secondo l’invenzione, la localizzazione e l’eventuale rimozione dei difetti è rapida, precisa ed efficiente. Inoltre la complessità dell’impianto è ridotta.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di realizzazioni applicanti i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, potrà essere impiegato un posizionatore differente da quello mostrato e descritto a titolo di esempio e anche il gruppo di acquisizione potrà comprendere un dispositivo di emissione di onde elettromagnetiche e un dispositivo optoelettronico differenti.

Inoltre, il gruppo di acquisizione potrà essere disposto anche in una posizione diversa da quella del centro flangia del posizionatore. In tale caso si dovranno applicare le necessarie correzioni della posizione spaziale del gruppo, come ora facilmente immaginabile dal tecnico esperto.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Metodo per la localizzazione di difetti su una superficie complessa di un oggetto (11), comprendente le fasi di: -realizzare un gruppo di acquisizione (25) con un dispositivo (13) di emissione di onde elettromagnetiche e un dispositivo optoelettronico (14) di rilevazione di tali onde elettromagnetiche riflesse dalla superficie complessa, -definire una traiettoria (29) di scansione a distanza dalla superficie complessa; e durante una procedura di ricerca di difetti: -muovere con un posizionatore automatico (15) il gruppo di acquisizione (25) lungo la traiettoria (29) di scansione; -definire istanti “i” durante il movimento del gruppo di acquisizione (25) lungo la traiettoria (29) nei quali il gruppo di acquisizione (25) è comandato ad acquisire una immagine della superficie complessa come matrice bidimensionale di pixel (30) del dispositivo optoelettronico; -memorizzare in una unità di controllo (18) la pluralità di matrici bidimensionali di pixel consecutive ottenute agli istanti “i” lungo la traiettoria (29); -memorizzare le coordinate del gruppo di acquisizione (25) lungo la traiettoria (29) negli stessi istanti “i” e associarle alle rispettive matrici bidimensionali (30) della pluralità; -ricercare difetti nella pluralità di matrici bidimensionali (30) e individuare per ogni difetto le coordinate Xin, Yin di pixel rappresentanti la posizione del difetto nella corrispondente matrice bidimensionale (30), con l’indice “i” che rappresenta l’i-esima matrice e l’indice “n” che rappresenta l’n-esimo difetto rilevato nella matrice; -risalire alle coordinate spaziali xn, yn, zn sulla superficie complessa del difetto n rilevato nella matrice i-esima mediante una trasformazione lineare o linearizzabile applicata alle coordinate Xin,Yin del difetto rilevato nella matrice i-esima e alle coordinate del gruppo di acquisizione associate alla posizione i-esima.
2. 2. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’immagine acquisita ad ogni istante “i” ha una dimensione minore nella direzione lungo la traiettoria rispetto alla direzione trasversale alla traiettoria.
3. 3. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli istanti “i” sono presi ad intervalli di tempo Ti <= L/V con L uguale alla dimensione dell’immagine acquisita all’istante “i” nella direzione lungo la traiettoria (29) e V velocità di movimento del gruppo di acquisizione (25) lungo la traiettoria (29).
4. 4. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prima delle fasi della procedura di ricerca, sono previste fasi iniziali di taratura nelle quali: -evidenziare su una superficie complessa punti che definiscono primi tratti su tale superficie complessa; -muovere il gruppo di acquisizione lungo la traiettoria (29) sulla superficie complessa e acquisire ad istanti prestabiliti immagini della superficie complessa con i detti primi tratti come matrice bidimensionale di pixel (30) del dispositivo optoelettronico; -rilevare secondi tratti nella matrice bidimensionale corrispondenti ai primi tratti sulla superficie complessa; -per ogni secondo tratto n-esimo in ogni immagine acquisita all’istante iesimo, calcolare coefficienti Cni=Dl/DL, con Dl lunghezza del primo tratto e DL lunghezza del corrispondente secondo tratto e usare tali coefficienti Cni come coefficienti di correzione delle immagini agli stessi istanti “i” durante la procedura di ricerca di difetti.
5. 5. Metodo secondo rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le coordinate (xn, yn, zn) di un difetto n-esimo individuato nella matrice iesima con coordinate Xin, Yin sono calcolate come: xn=xri cin *( a11 * Xin a12 * Yin) yn=yri cin * ( a21 * Xin a22 * Yin) zn=zri cin * ( a31 * Xin a32 * Yin) dove aij dipendono da trasformazioni trigonometriche e xri, yri e zri sono le posizioni spaziali del gruppo di acquisizione rilevate nei corrispondenti istanti “i”.
6. 6. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il posizionatore automatico è un robot antropomorfo con un polso dotato di una flangia (27) sulla quale è fissato il gruppo di acquisizione e la posizione assoluta del gruppo di acquisizione rispetto ad un difetto sulla superficie complessa è ottenuta impiegando una funzione “tool” del robot antropomorfo, definendo gli assi di riferimento della funzione “tool” detti assi “z tool”, “x tool” e “y tool”, come: - asse “z tool” uguale alla direzione di avanzamento della flangia (27) del polso del robot lungo la perpendicolare alla flangia stessa, con segno positivo per l’avvicinamento alla superficie; -asse “x tool” uguale alla direzione di avanzamento della flangia nel verso di percorrenza della traiettoria (29), con segno positivo per il procedere lungo la traiettoria; -asse “y tool” uguale alla la direzione ortogonale al verso di percorrenza della traiettoria ed ortogonale alla direzione di avanzamento della flangia lungo la perpendicolare alla flangia stessa, con segno positivo secondo le regole della vite sinistrorsa.
7. 7. Impianto atto a funzionare secondo il metodo di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una stazione (12) per la localizzazione dei difetti (12) sulla superficie complessa di un oggetto (11) in arrivo nella stazione, nella stazione essendo presente il posizionatore programmabile (15), il gruppo di acquisizione (25) con il dispositivo (13) di emissione di onde elettromagnetiche e il dispositivo optoelettronico (14) di rilevazione di tali onde elettromagnetiche riflesse dalla superficie complessa, tale gruppo di acquisizione (25) essendo montato sul posizionatore programmabile (15) per essere mobile lungo traiettorie (29) sulla superficie complessa dell’oggetto (11) a comando di una unità di controllo (18).
8. 8. Impianto secondo rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente stazioni (21, 22) di ispezione e riparazione di difetti.
9. 9. Impianto secondo rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che è presente una linea di trasporto degli oggetti (11) fra la stazione di localizzazione (12) e le stazioni (21, 22) di ispezione e/o riparazione di difetti.
10. 10. Impianto secondo rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che gli oggetti sono scocche di autoveicoli.