IT201900005174A1 - Processo di marcatura laser di un oggetto e relativa apparecchiatura per la marcatura - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: “PROCESSO DI MARCATURA LASER DI UN OGGETTO E RELATIVA APPARECCHIATURA PER LA MARCATURA”.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un processo di marcatura laser di un oggetto, in particolare un processo di marcatura e posizionamento di un oggetto da marcare e relativa apparecchiatura per realizzare tale processo. La tecnologia di marcatura laser è ampiamente diffusa e permette, tramite il rilascio di energia localizzata, di alterare la superficie di un oggetto in modo da realizzare forme o scritte desiderate sull’oggetto stesso.

I sistemi di marcatura laser di tipo noto sono generalmente abbinati a sistemi di controllo che gestiscono la programmazione e l’esecuzione delle forme o delle scritte da incidere. In particolare, tali sistemi comprendono un’apparecchiatura per la marcatura dotata di una testa mobile e disposta superiormente ad un piano di appoggio/lavoro dell’oggetto da marcare. L’apparecchiatura è collegata al sistema di controllo (generalmente un pc) solitamente fornito di un software proprietario di videoscrittura per l’inserimento del dato (forma o scritta) che si vuole incidere sull’oggetto. L’apparecchiatura per la marcatura comprende altresì un illuminatore destinato alla generazione di un fascio luminoso proiettato verso il piano di appoggio a formare una guida luminosa atta ad indicare l’ingombro che il dato occuperà sull’oggetto da marcare. L’operatore in questo modo può posizionare sul piano l’oggetto da marcare e orientarlo manualmente in funzione della guida luminosa.

Successivamente al posizionamento dell’oggetto e una volta scelto/inserito il dato nel software di videoscrittura è possibile avviare il processo di marcatura che permette l’accensione del laser e la conseguente marcatura dell’oggetto.

Un difetto dei processi di marcatura noti prevede che il posizionamento dell’oggetto da marcare sia effettuato solamente ed esclusivamente sulla base della guida luminosa visualizzabile sul piano di appoggio. La guida luminosa è solitamente formata da una linea poligonale chiusa, ad esempio un rettangolo sul piano di lavoro, che aiuta l’impostazione manuale e l’orientamento dell’oggetto da marcare.

Come intuibile, tanto più l’oggetto è di forma particolare, tanto più difficoltoso risulterà il posizionamento dell’oggetto da marcare.

Ad esempio, nel caso di una targhetta, l’operatore dovrà spingerla a mano con piccoli movimenti fintantoché, a vista, non sarà soddisfatto dell’esito del posizionamento. Ulteriormente, qualora il dato sia da incidere secondo riferimenti predeterminati, ad esempio precisamente parallelo o ortogonale rispetto ad un bordo dell’oggetto, il posizionamento risulterà ancora più difficoltoso con evidenti ricadute estetiche sulla marcatura finale. Va infine osservato che, qualora l’oggetto da marcare sia un codice (a barre, QR, ecc.), un’incisione non conforme potrebbe addirittura inficiare sul corretto riconoscimento dell’oggetto.

La Richiedente si è resa conto che un’analisi a vista del posizionamento di un oggetto da marcare sul piano di lavoro è affetta da potenziali errori umani dovuti a molteplici fattori quali, ad esempio, la non consistenza della performance dell’operatore ed al contempo la non consistenza delle analisi e del giudizio tra operatori diversi od anche dello stesso operatore in diversi momenti del proprio turno di lavoro.

La Richiedente ha pensato così di suddividere l’attività di posizionamento manuale, e quindi di disposizione dell’oggetto sul piano di lavoro, dall’attività di analisi visiva, e quindi di verifica del corretto posizionamento sul piano di lavoro.

La Richiedente ha quindi pensato di sviluppare una soluzione che preveda una verifica del posizionamento finale dell’oggetto direttamente a video e prima dell’effettiva marcatura così da ottenere un risultato maggiormente efficace, ripetibile e non affetto da errori umani.

La presente invenzione riguarda pertanto, in un suo primo aspetto, un processo di marcatura laser di un oggetto avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da soddisfare le suddette esigenze e da ovviare nel contempo agli inconvenienti di cui si è detto con riferimento alla tecnica nota.

Tale scopo è raggiunto da un processo di marcatura laser di un oggetto in accordo con la rivendicazione 1.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda un’apparecchiatura per la marcatura laser di un oggetto in accordo con la rivendicazione 9.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi del processo di marcatura e della relativa apparecchiatura realizzato in accordo con la presente invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di un suo esempio preferito di realizzazione, data a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- le figure 1 e 2 rappresentano viste schematiche dell’apparecchiatura per la marcatura laser in accordo con la presente invenzione,

- le figure da 3 a 9 rappresentano viste schematiche puramente indicative delle fasi del processo per la marcatura di un oggetto in accordo con la presente invenzione,

- le figure 10a e 10b rappresentano viste schematiche dell’apparecchiatura in accordo con la presente invenzione secondo ulteriori forme di realizzazione.

Con riferimento all’esempio di figura 1, è mostrata un’apparecchiatura 1 per la marcatura e/o l’incisione laser di un oggetto P in accordo con la presente invenzione. In particolare, l’apparecchiatura 1 comprende un dispositivo generatore di raggi laser 2 in grado di generare un fascio/raggio di luce laser lungo un percorso ottico di emissione 5 che, opportunamente deviato da uno o più specchi di rinvio 3, è inviato verso una testa di marcatura 4. La testa di marcatura 4 può essere dotata di uno o più mezzi ottici per focalizzare il raggio laser lungo il percorso ottico di emissione 5 verso il piano di lavoro L su cui è posizionato l’oggetto P da marcare.

Il generatore 2 e la testa di marcatura 4 sono preferibilmente alloggiati all’interno di un involucro 6 mobile sul piano di lavoro L. In particolare, l’involucro 6 è montato su un carrello verticale motorizzato 7 fissato al piano di lavoro L per permetterne l’allontanamento e/o l’avvicinamento della testa di marcatura 4 da/verso il piano di lavoro L lungo una direzione verticale z. Ulteriormente, mediante opportune guide lineari motorizzate (non illustrate) associate all’involucro 6, è altresì possibile movimentare la testa di marcatura 4 orizzontalmente cosicché essa possa essere muoversi rispetto il piano di lavoro L a piacimento su un sistema tridimensionale x, y e z.

Come illustrato nell’esempio di figura 3, l’apparecchiatura 1 secondo l’invenzione è collegata a mezzi di elaborazione 8 (ad esempio un pc o un plc) dotati di un display 9. I mezzi di elaborazione 8 montano un software proprietario di videoscrittura di tipo WYSIWYG per l’inserimento dei dati D (testuali e/o immagini) che si desidera incidere sull’oggetto P. Una volta inserito il dato D a video, è possibile inviare un comando di trigger all’apparecchiatura 1 che provvede l’attivazione del raggio laser allo scopo di replicare il dato D sull’oggetto P marcandolo.

Utilmente, il raggio laser può essere utilizzato anche per la determinazione dell’altezza dell’oggetto P mediante tecniche note ad un tecnico del ramo e non descritte qui in dettaglio (ad esempio, tramite sistemi di triangolazione, calcolo del tempo di volo, ecc.).

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura 1 in accordo con l’invenzione è altresì dotata di uno o più mezzi rilevatori 10 atti ad acquisire un’immagine dell’oggetto da marcare P quando quest’ultimo è posizionato sul piano di lavoro L. Nella fattispecie, i mezzi rilevatori 10 possono comprendere un sistema di visione a telecamera (ad esempio una telecamera del tipo a tecnologia CCD o CMOS) montata nell’involucro 6 e disposta lungo un percorso ottico di ricezione 11 in modo da poter inquadrare tutta la superficie del piano di lavoro L e quindi poter acquisire l’immagine dell’oggetto P posizionato in una qualsivoglia porzione del piano di lavoro L.

Occorre rilevare che le immagini acquisite sono analizzate dai mezzi di elaborazione 8 allo scopo di determinare almeno una caratteristica distintiva dell’immagine stessa rappresentativa dell’oggetto P. La determinazione della caratteristica distintiva delle immagini acquisite è effettuata mediante predeterminati algoritmi di riconoscimento noti ad un tecnico del ramo e non descritti qui in dettaglio. Tali algoritmi di riconoscimento rilevano, ad esempio, i punti salienti (o altrimenti detti “feature points”) delle immagini stesse per determinare la tipologia dell’oggetto da marcare. Secondo alcune forme di realizzazione, la determinazione della tipologia dell’oggetto è effettuata mediante un algoritmo di tipo “SIFT” (Scale-invariant feature transform).

Preferibilmente, la telecamera 6 è disposta a fianco della testa di marcatura 4. Come mostrato nell’esempio di figura 2, l’orientamento della telecamera 6 è tale per cui quest’ultima si trovi lungo un percorso ottico di ricezione 11 non coincidente rispetto al percorso ottico di emissione 5. In particolare, il percorso ottico di ricezione 11 è orientato rispetto al percorso ottico di emissione 5 di un angolo compreso tra 10° e 45°, preferibilmente 30°.

Preferibilmente, l’immagine tridimensionale dell’oggetto P acquisita è trasformata dal sistema di elaborazione 8 in formato bidimensionale così da essere visualizzata sul display 9 durante l’utilizzo del software di videoscrittura. Nella fattispecie, una volta posizionato l’oggetto P sul piano di lavoro L, la telecamera 8 acquisisce l’immagine dell’oggetto P che viene elaborata dal pc 8 così da essere visualizzata sul display 9 in formato bidimensionale.

Con riferimento agli esempi di figure 3-9, sono illustrati alcuni esempi del processo in accordo con l’invenzione, in particolare come avviene l’inserimento dei dati D di input nel software di videoscrittura, prima di procedere con l’acquisizione e la marcatura dell’oggetto P, e le fasi per la marcatura del testo “HELLO” su un oggetto P.

Come illustrato nell’esempio di figura 3, un operatore digita il testo “HELLO” mediante il software di videoscrittura montato a bordo del pc 8. Il testo viene visualizzato a video sul display 9 del pc 8 per come verrà successivamente marcato sull’oggetto. Successivamente, l’operatore può procedere con il posizionare l’oggetto P da marcare sul piano di lavoro L (figura 4).

All’accensione della telecamera (figura 5), l’immagine bidimensionale dell’oggetto P sul display 9 è immediatamente disponibile grazie al fatto che l’acquisizione può essere effettuata in continua permettendo così una visualizzazione “real-time” dell’oggetto P all’interno del software di videoscrittura. Ovviamente, i mezzi di rilevazione 10 possono essere configurati per scattare una fotografia del piano di lavoro L per successive analisi o elaborazioni a video.

Come visibile sempre da figura 5, il dato D è sovraimposto a video all’immagine bidimensionale dell’oggetto P da marcare cosicché qualora il posizionamento dell’oggetto P non sia corretto, l’operatore potrà verificare visivamente e direttamente a video eventuali disallineamenti dell’oggetto P rispetto al dato D inserito. In tal modo, l’operatore può movimentare di conseguenza l’oggetto P sul piano di lavoro L fino a raggiungere l’allineamento desiderato tra oggetto P e dato D. Nell’esempio illustrato in figura 5, si può notare infatti come l’oggetto P sia decentrato verso sinistra rispetto alla scritta HELLO. In tal caso, sarà sufficiente spostare l’oggetto P, ad esempio con una mano, verso destra finché la scritta HELLO non sia nella posizione desiderata (figura 6).

In una versione alternativa, il piano di lavoro L è mobile rispetto alla testa di marcatura 4 e/o rispetto alla telecamera 10. In tal modo, in caso di disallineamenti dell’oggetto è possibile centrare l’oggetto P in automatico senza pertanto che un operatore utilizzi le mani per spostare l’oggetto P. A tale scopo, l’apparecchiatura 1 dispone di mezzi di movimentazione motorizzati (non illustrati) collegati al piano di lavoro L per muoverlo orizzontalmente e verticalmente.

In una ulteriore versione alternativa, è possibile spostare via software il dato D direttamente a video per centrarlo sull’oggetto P. In tal caso, i mezzi di elaborazione 8 inviano un segnale di trigger alla testa di marcatura 4 per movimentarla e allinearla sopra l’oggetto P da marcare.

Una volta raggiunto l’allineamento desiderato tra l’oggetto P e il dato D da incidere, è possibile avviare la marcatura vera e propria che permette l’incisione del dato D sull’oggetto P nella posizione desiderata tramite il fascio di luce laser diretto verso l’oggetto P (figure 7 e 8).

Occorre specificare che l’acquisizione e l’elaborazione dell’immagine dell’oggetto P permette di generare un segnale bidimensionale rappresentativo della posizione dell’oggetto P rispetto al dato D da incidere. In particolare, l’immagine acquisita dalla telecamera 10 è analizzata dai mezzi di elaborazione 8, tramite opportuno algoritmo software dedicato, che sovraimpressiona il dato D con l’immagine acquisita dell’oggetto P.

In una versione, qualora l’immagine acquisita dell’oggetto P contenga valori non corrispondenti a predeterminati valori di tolleranza (ad esempio, valori di contrasto e/o luminosità non adeguati), è possibile disporre di mezzi di illuminazione 12 montati sull’involucro 6, a fianco o attorno alla telecamera 10, per illuminare l’oggetto P da acquisire come illustrato in figura 9.

Sempre con riferimento all’esempio illustrato in figura 9, i mezzi di illuminazione 12 possono essere altresì destinati ad inviare fasci di luce ottimizzati verso il piano di lavoro L per la generazione di una griglia destinata a facilitare il posizionamento e l’orientamento dell’oggetto P sul piano 4. In tal caso, la telecamera 10 non solo acquisirà in real-time l’immagine dell’oggetto P da marcare ma acquisirà anche la griglia per permettere un posizionamento fine dell’oggetto P grazie alla verifica da parte dell’operatore, direttamente a video, della posizione dell’oggetto P rispetto alla griglia.

In accordo con le forme di realizzazione illustrate negli esempi di figura 10a e 10b, i mezzi rilevatori 10 possono essere disposti a valle dello specchio di rinvio 3 e inseriti completamente all’interno dell’involucro 6. A tale scopo, lo specchio di rinvio 3 può comprendere uno o più c.d. beam splitter.

Nel primo esempio di figura 10a, i mezzi di rilevazione 10 sono disposti lungo un percorso ottico di ricezione di valle 11a perpendicolare al percorso ottico di emissione 5 compreso tra il generatore 2 e lo specchio 3. A valle dello specchio 3, parallelamente al percorso ottico di ricezione di valle 11a, è disposta la testa di marcatura 4 per la focalizzazione sia del raggio che dell’immagine da acquisire.

Nel secondo esempio di figura 10b, i mezzi di rilevazione 10 sono disposti lungo un percorso ottico di ricezione di valle 11a perpendicolare al percorso ottico di emissione 5 compreso tra la testa di marcatura 4 e lo specchio 3. In questa configurazione, la testa di marcatura 4 comprende direttamente al suo interno il dispositivo generatore di raggi laser (non illustrato) rinviato dallo specchio 3 direttamente verso il piano di lavoro L.

Le forme di realizzazione illustrate negli esempi di figura 10a e 10b permetto che l’area di inquadratura dei mezzi rilevatori 10 e l’area di emissione della testa di marcatura siano sostanzialmente coincidenti sul piano di lavoro L. In una ulteriore forma di realizzazione, i mezzi rilevatori 10 sono configurati per il riconoscimento ottico dei dati D (cd. “OCR”). A tale scopo, i mezzi di elaborazione 8 sono dotati di opportuni software di conversione associati ai mezzi di rilevazione 10 per acquisire, ad esempio, il font di dati D già marcati per poterli rendere disponibili per marcature successive con il medesimo font.

In accordo con una forma di realizzazione, i mezzi di elaborazione 8 sono collegati ad un server, più in particolare un server di tipo cloud. Ulteriormente, l’apparecchiatura 1 può comprendere un sottosistema di apprendimento automatico configurato per interagire con i mezzi di elaborazione 8 allo scopo di modellare in tempo reale le caratteristiche distintive delle immagini acquisite in funzione del tipo di oggetti P identificati. In particolare, le immagini sono salvate nel database e possono essere analizzate dal sottosistema di apprendimento automatico in maniera predittiva per facilitare il riconoscimento e/o il profilo degli oggetti P da marcare.

In una ulteriore versione, l’apparecchiatura 1 può essere collegata ad una rete aperta, ad esempio la rete internet o ad una rete chiusa, ad esempio la rete intranet. In tal modo, più apparecchiature 1 disposte su una stessa rete possono condividere le informazioni salvate nei propri database e inviarli al server e/o al sottosistema di apprendimento automatico per migliorare le performance di determinazione delle caratteristiche distintive delle immagini acquisite.

Utilmente, i mezzi di elaborazione 8 sono destinati a monitorare e memorizzare tutte le acquisizioni delle immagini degli oggetti in modo tale da elaborare una pluralità informazioni statistiche. Tali informazioni possono essere inoltre condivise nella rete per generare una pluralità di performance comuni riguardo le acquisizioni delle immagini oppure riguardo la qualità delle marcature effettuate. In particolare, le performance possono comprendere, oltre ai dati statistici relativi alle tipologie di oggetti P marcati o da marcare, anche dati sulle caratteristiche distintive degli oggetti e sui dati D. In sostanza, i mezzi rilevatori 10 e i mezzi di elaborazione 8 interagiscono tra loro per determinare quali oggetti P, ad esempio, hanno impiegato più tempo ad essere riconosciuti oppure hanno generato errori o, ancora, per valutazioni qualitative sul tipo di marcatura effettuata.

Occorre osservare che, nel caso di marcatura di un oggetto P molto piccolo, è possibile zoomare via software l’oggetto stesso in modo da acquisirne a video una immagine ingrandita. In tal modo, il dato D da incidere sarà sovraimpresso all’immagine ingrandita dell’oggetto P mantenendo inalterate le proporzioni tra dato D e oggetto P nella successiva marcatura.

Come si è potuto verificare dalla presente descrizione, si è constatato come l’invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti e in particolare si sottolinea il fatto che mediante il processo di marcatura laser e la relativa apparecchiatura è possibile verificare il corretto posizionamento di un oggetto da marcare sul piano di lavoro in maniera semplice, sicura e veloce direttamente a video.

Inoltre, grazie alla particolare acquisizione delle immagini degli oggetti e dei dati marcati è possibile elaborare le caratteristiche distintive degli oggetti per riconoscerli migliorando la determinazione della tipologia del prodotto da marcare e garantendo inoltre un controllo qualitativo sulla marcatura del dato altamente performante ed efficace. Il tipo di combinazioni strutturali dell’apparecchiatura nonché di processo per la marcatura sono potenzialmente infinite ed ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti agli esempi di realizzazione sopra descritti, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Processo di marcatura laser di un oggetto (P) comprendente le fasi di: a) disporre di mezzi di elaborazione (8) dotati di un software di videoscrittura e di un display (9) e collegati operativamente ad una apparecchiatura (1) per la marcatura laser di un oggetto (P) dotata di una testa di marcatura (4), b) inserire un dato (D) tramite il software di videoscrittura destinato ad essere inciso su un oggetto (P), c) accendere mezzi rilevatori (10) posizionati sopra un piano di lavoro (4) dell’apparecchiatura (1) per ricevere l’oggetto (P) da marcare, d) posizionare l’oggetto (P) da marcare sopra il piano di lavoro (4), e) acquisire un’immagine dell’oggetto (P) da marcare ed inviarla al software di videoscrittura per visualizzarla sul display (9), f) verificare mediante il display (9) se il dato (D) inserito è almeno parzialmente sovraimposto all’immagine dell’oggetto (P), g) modificare la posizione reciproca tra l’oggetto (P) e il dato (D), h) avviare la marcatura dell’oggetto (P).
2. 2) Processo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase g) di modifica della posizione prevede la fase g1) di spostare manualmente l’oggetto (P) sul piano di lavoro (L) finché la fase f) di verifica mediante il display (9) è soddisfatta.
3. 3) Processo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase g) di modifica della posizione prevede la fase g2) di movimentare la testa di marcatura (4) sopra l’oggetto (P) sul piano di lavoro (L) finché la fase f) di verifica mediante il display (9) è soddisfatta.
4. 4) Processo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase g) di modifica della posizione prevede la fase g3) di movimentare il piano di lavoro (L) finché la fase f) di verifica mediante il display (9) è soddisfatta.
5. 5) Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui le fasi g1), g2) e g3) sono effettuabili almeno parzialmente in combinazione.
6. 6) Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase f) di verifica prevede la fase di controllare direttamente sul display (9) se il dato (D) è almeno parzialmente sovraimposto all’immagine bidimensionale dell’oggetto (P) da marcare.
7. 7) Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase f) di acquisire un’immagine dell’oggetto (P) è effettuata in continua e/o mediante fotografia/snapshot.
8. 8) Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di determinare l’altezza dell’oggetto (P) da marcare.
9. 9) Apparecchiatura (1) per la marcatura laser di un oggetto (P), comprendente: - un piano di lavoro (L) destinato a ricevere un oggetto (P) da marcare, - un dispositivo generatore di raggi laser (2) in grado di generare un fascio di luce laser verso una testa di marcatura (4), quest’ultima essendo dotata di uno o più mezzi ottici per focalizzare il raggio laser verso il piano di lavoro (L) su cui è posizionato l’oggetto (P) da marcare, - mezzi rilevatori (10) montati superiormente al piano di lavoro (L) ed atti ad acquisire almeno un’immagine di detto oggetto (P) quando posizionato sul piano di lavoro (L), - mezzi di elaborazione (8) dotati di un display (9) e comprendenti un software di videoscrittura per l’inserimento di un dato (D) da marcare sull’oggetto (P), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di elaborazione (8) sono configurati per sovraimporre l’immagine di detto oggetto (P) con detto dato (D) allo scopo di poter verificare a video l’allineamento reciproco tra l’oggetto (P) e il dato (D).
10. 10) Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 9, comprendente mezzi per la movimentazione di detto piano di lavoro (L) e/o di detta testa per la marcatura (4).