IT202000003194A1 - Sistema di riconoscimento di lenti oftalmiche e relativo metodo - Google Patents

Description

SISTEMA DI RICONOSCIMENTO DI LENTI OFTALMICHE E RELATIVO ME-TODO

DESCRIZIONE

CAMPO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce a un sistema di riconoscimento di lenti oftalmiche e relativo metodo, in particolare un sistema di riconoscimento per un manipolatore in asservimento ad una macchina di lavaggio.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Come noto, nell?attivit? di lavorazione di lenti, al termine del trattamento meccanico ? necessario eseguire un lavaggio dei pezzi in lavorazione. In molte circostanze, in particolare se vengono impiegate macchine di lavaggio ad ultrasuoni, durante il lavaggio ? necessario che le lenti siano disposte su griglie di supporto in una posizione ed assetto specifici.

Tuttavia, poich? normalmente le lenti pervengono alla stazione di lavaggio liberamente disposte all'interno di vassoi di trasporto preformati, tipicamente in coppie, ? necessario prelevare delicatamente le lenti e disporle con l'assetto desiderato nelle rispettive sedi della macchina di lavaggio.

Questa operazione ? normalmente eseguita a mano: mano a mano che le vaschette con le coppie di lenti giungono alla stazione di lavaggio da precedenti lavorazioni, un operatore le preleva e le depone nella macchina di lavaggio con l'assetto desiderato.

Evidentemente questa modalit? operativa non ? particolarmente efficace, perch? implica la presenza di un operatore e dunque comporta limitazioni del ciclo di lavoro (se la macchina di lavaggio ? in funzione, le protezioni antinfortunistica impediscono di poter inserire lenti da lavare).

Sarebbe dunque desiderabile poter automatizzare questo processo. I tentativi sinora percorsi non hanno per? prodotto risultati soddisfacenti, perch? qualsiasi manipolatore automatico ? per esempio un braccio robotizzato con ventosa aspirante ? richiede necessariamente di identificare con precisione la lente nel vassoio, cos? che la fase di presa e deposizione nella macchina di lavaggio avvengano correttamente. Una presa errata, non solo rischia di far cadere la lente durante lo spostamento, ma impedisce di collocarla in modo affidabile nella griglia di supporto della macchina di lavaggio.

A tal fine, i sistemi di manipolazione sono tipicamente dotati di dispositivi di riconoscimento di immagini, tramite i quali si riesce normalmente a discernere, identificare e centrare l'oggetto da prelevare rispetto allo spazio circostante. I dispositivi di riconoscimento di immagini fanno normalmente ricorso a telecamere che acquisiscono una immagine nello spettro del visibile (o talvolta nell'infrarosso) utilizzando una illuminazione naturale o con fascio laser.

Diverse prove condotte anche dalla richiedente, hanno mostrato che gli attuali sistemi di riconoscimento delle immagini non sono per? in grado di fornire risultati affidabili con lenti trasparenti. Anche utilizzando dispositivi ad alta risoluzione e di costo elevato, i risultati sono deludenti. Non ? infatti possibile identificare correttamente il perimetro della lente adagiata nel vassoio e dunque risulta impossibile stabilire la posizione spaziale del baricentro ed eseguire la successiva presa sicura. Si consideri peraltro che lenti oftalmiche presentano spesso una curvatura significativa, che rende critica la presa con ventose se non si agisce nella posizione appropriata della lente.

D'altra parte, negli impianti industriali ad elevata automazione, non ? nemmeno pensabile di utilizzare vassoi che trattengano le lenti in posizioni predeterminate, perch? ci? produrrebbe degli indesiderati vincoli operativi sulla linea di produzione ed obbligherebbe ad utilizzare una pluralit? di vassoi diversi in base alla taglia e forma delle lenti che vengono lavorate.

E?, pertanto, sentita l?esigenza di fornire una soluzione che superi gli inconvenienti della tecnica nota. In particolare, si desidera fornire un sistema di riconoscimento di lenti per un manipolatore che risulti affidabile e preciso anche quando le lenti sono trasparenti rispetto allo sfondo in cui si trovano, senza compromettere l?economia del sistema e la sua flessibilit? di impiego con diversi prodotti.

DESCRIZIONE SOMMARIA DELL?INVENZIONE

Scopo della presente invenzione ?, pertanto, di fornire un sistema di riconoscimento di lenti e relativo metodo di funzionamento, particolarmente destinato ad un manipolatore per macchine di lavaggio, che risolva i problemi sopracitati.

Tale scopo secondo l?invenzione viene conseguito mediante un sistema ed un metodo avente le caratteristiche definite nelle rivendicazioni indipendenti qui allegate. Altre preferite caratteristiche dell?invenzione vengono definite nelle rivendicazioni subordinate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno comunque meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita della stessa, fornita a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

Fig. 1 ? una vista in prospettiva degli elementi essenziali di un sistema secondo la presente invenzione;

Fig. 2 ? una vista del sistema di fig. 1 secondo un'altra prospettiva; Fig. 3 ? una vista del sistema di fig. 1 secondo ancora un'altra prospettiva a maggiore ingrandimento; e

fig. 4 ? uno schema esemplificativo di una schermata della logica di pilotaggio secondo l'invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PREFERITA FORMA DI ESECUZIONE

In un impianto di lavorazione e trattamento di lenti, ? prevista una stazione di lavaggio in cui ? installata una macchina di lavaggio (non mostrata). Per caricare la macchina di lavaggio con le lenti, ? previsto inoltre un manipolatore (non mostrato) dotato di una testa di presa orientabile, atto al prelievo di lenti ed al loro trasferimento nella macchina di lavaggio. Il manipolatore ? controllato opportunamente mediante una logica di pilotaggio, installata a bordo di un elaboratore, che comanda uno o pi? attuatori del manipolatore per movimentare come desiderato la testa di presa.

Le lenti provengono alla stazione di lavaggio, lungo una linea di lavorazione e trattamento, a bordo di un vassoio di trasporto V, per esempio dotato di due impronte circolari affiancate V1 atte ad alloggiare una coppia di lenti. Il vassoio V presenta una sagoma e dimensione adatte al trasferimento automatico con gli specifici convogliatori presenti sulla linea di lavoro. Nelle figure allegate si mostra una forma esemplificativa del vassoio V, che tuttavia pu? variare anche in modo significativo a seconda dello specifico impianto. In prossimit? della stazione di lavaggio ? prevista una stazione di riconoscimento, in cui viene fatto stazionare il vassoio V con a bordo la o le lenti (non rappresentate).

Secondo l'invenzione, nella stazione di riconoscimento ? prevista una basetta di supporto 1, montata mobile secondo due assi ortogonali X-X ed Y-Y, che porta due sensori a ultrasuoni 2a e 2b.

Ciascuno dei sensori ad ultrasuoni 2a e 2b comprende una sezione di emissione di ultrasuoni (per esempio ad una frequenza di 380 kHz) ed una sezione ricevente, che capta gli ultrasuoni di ritorno dall'urto contro eventuali ostacoli sino ad una distanza di 70-90 mm.

I sensori ad ultrasuoni 2a e 2b sono montati sulla basetta 1 in modo da emettere un fascio di ultrasuoni diretto sostanzialmente ortogonale al piano di appoggio delle lenti, per esempio alla superficie di fondo delle impronte V1. Nella forma di esecuzione illustrata, il vassoio V ? trasferito con assetto orizzontale al di sotto di una staffa di supporto 1a: i sensori 2a e 2b dirigono pertanto un fascio ad ultrasuoni verticalmente verso il basso.

La porzione ricevente dei sensori 2a e 2b riceve gli ultrasuoni che ritornano dall'urto contro il vassoio V ed il suo contenuto e restituiscono un segnale (analogico o digitale) proporzionale alla distanza degli oggetti colpiti rispetto al punto di emissione.

Le lenti oftalmiche, che sono sostanzialmente trasparenti alle onde elettromagnetiche, almeno nello spettro del visibile, costituiscono invece una schermatura agli ultrasuoni. Pertanto, quando gli ultrasuoni urtano contro la superficie delle lenti depositate nelle impronte V1, ritornano alla sezione ricevente dei sensori 2a e 2b e generano un segnale che definisce la posizione del punto di urto sulla superficie perimetrale della lente.

Secondo una forma di esecuzione esemplificativa illustrata nelle figure, gli assi di movimentazione X-X e Y-Y della basetta di supporto 1 sono ottenuti con motori brushless (preferibilmente con elettronica integrata, cos? da minimizzare il cablaggio), rispettivamente M1 ed M2, che agiscono su aste a ricircolo di sfere che muovono una prima S1 ed una seconda S2 slitta su rispettive scatole di basamento B1 e B2. Una prima scatola di basamento B1 ? fissata ad un piano di riferimento, mentre l'altra scatola di basamento B2 ? fissata alla prima slitta S1. L'interpolazione controllata dei movimenti dei due motori M1 ed M2 e delle relative slitte S1 ed S2, produce il desiderato movimento sul piano X-X, Y-Y della basetta di supporto 1.

A tal fine, gli assi elettrici di controllo dei due motori M1 ed M2 sono controllati in modo coordinato dalla logica di pilotaggio. In particolare, la logica di pilotaggio rileva ad ogni passo del ciclo di funzionamento lo stato di ogni motore, per esempio mediante un segnale derivante da un encoder a bordo della trasmissione del motore, e ne comanda il successivo passo di funzionamento in base alla posizione desiderata che deve assumere la basetta di supporto 1.

Mediante apposita programmazione della logica di pilotaggio, la basetta di supporto 1 viene quindi spostata lungo gli assi X-X e Y-Y in modo che i sensori 2a e 2b esplorino/scansionino almeno tutta l'area occupata dalle impronte V1. Preferibilmente, il movimento della basetta 1 ? determinato in modo che i sensori 2a e 2b descrivano un percorso a spirale convergente verso un punto in cui ci si attende che si trovi approssimativamente il centro della rispettiva impronta V1.

Il percorso a spirale si ? dimostrato particolarmente vantaggioso perch? riduce i picchi di accelerazione e quindi rende minime le vibrazioni e permette una scansione omogenea dell?area desiderata.

Il segnale acquisito dai sensori 2a e 2b viene mantenuto in perfetta sincronizzazione con il segnale di comando degli assi motorizzati dei motori M1 ed M2, in modo da associare con precisione il valore del segnale rilevato dal sensore con la specifica posizione lungo gli assi X-X ed Y-Y del sensore stesso.

Per raggiungere questo risultato, senza costi eccessivi, i sensori ad ultrasuoni 2a e 2b sono preferibilmente di tipo proporzionale con uscita analogica (0-10V oppure 4-20mA), ad alta precisione e spot di lettura di dimensioni ridotte, sensori che hanno dimostrato di poter fornire buona precisione di lettura, con un minimo ritardo che non influenza l'affidabilit? del segnale.

Operativamente, il sistema secondo l'invenzione prevede una fase preliminare di reset o di messa a punto, che viene eseguita ogni volta che si cambi tipologia di vassoio V o dopo eventuali variazioni di configurazione. In questa fase preliminare, vengono effettuate pi? scansioni di tutta l'area di lavoro con i vassoi V vuoti in una posizione di acquisizione.

La logica di pilotaggio acquisisce in una memoria di archiviazione tutti questi dati preliminari di ognuna delle scansioni, rappresentativi dei segnali acquisti dai sensori 2a e 2b in corrispondenza dei segnali di posizione x, y lungo gli assi X-X e Y-Y, definendo una pluralit? di set di dati 'a vuoto'.

Una volta terminata questa fase preliminare, il sistema ? pronto per acquisire lenti disposte nelle impronte V1 dei medesimi vassoi V acquisiti nella fase precedente.

In particolare, per ogni prelevamento da effettuare sulle lenti destinate alla macchina di lavaggio, viene eseguita una scansione completa dell'area di lavoro secondo le modalit? indicate pi? sopra, preferibilmente lungo un percorso di acquisizione a spirale.

In corrispondenza di ciascun punto di coordinate x,y, la logica di pilotaggio (definita da opportuno software) determina le differenze fra il set di dati operativi (ossia in presenza delle lenti) e i molteplici set di dati 'a vuoto'. La logica di pilotaggio sceglie poi, fra tutti i set di dati 'a vuoto', il set che presenta il numero minore di differenze rispetto al set operativo, in quanto viene ritenuto il set con minore rumore. I dati di differenza cos? selezionati vengono ulteriormente elaborati al fine di eliminare il rumore di fondo e punti anomali.

Dopodich? la logica di pilotaggio acquisisce una ?nuvola di punti? risultante ? dai dati che rappresentano la differenza dei valori di segnale dei sensori tra la condizione operativa e la condizione 'a vuoto' - che rappresenta l?oggetto rilevato. Poich? in questa fase si tratta la differenza di dati, la nuvola di punti (si veda fig. 4) rappresenta la posizione dei punti di superficie della lente.

Mediante tecniche di interpolazione di punti, la logica di pilotaggio determina le dimensioni perimetrali ed il baricentro della nuvola di punti, che individuano con buona approssimazione il contorno ed il baricentro geometrico della lente.

E' cos? individuato il centro della lente (baricentro geometrico della nuova di punti) nel sistema di coordinate scelto, per esempio rispetto al piano di riferimento a cui ? fissata la prima scatola di basamento B1.

La logica di pilotaggio fornisce quindi queste coordinate del centro della lente ad una manipolatore ? per esempio un braccio antropomorfo dotato di testa di prelievo a ventosa ? che pu? eseguire il corretto movimento di prelievo, afferrando la lente nella posizione corretta per poi trasferirla nella macchina di lavaggio.

Come si comprende dalla descrizione sopra riportata, la soluzione dell'invenzione permette di conseguire perfettamente gli scopi esposti nelle premesse.

Il sistema di riconoscimento secondo l'invenzione ? infatti in grado di individuare perfettamente il centro di lenti trasparenti, utilizzando sensori di costo ragionevole ed una logica di pilotaggio che acquisisce in modo ripetibile una serie di misurazioni (ad ogni punto di scansione corrispondente di fatto un valore di distanza tra la sezione di ricezione del sensore e la superficie della lente) delle lenti trasparenti in maniera sincronizzata con un segnale di posizione nel piano X-X, Y-Y della basetta di supporto 1, derivato dai motori di comando M1 ed M2.

La tecnica di acquisizione per 'sottrazione' dei dati correnti con i dati 'a vuoto', nonch? il percorso di scansione a spirale, si sono inoltre dimostrati particolarmente efficaci per ottenere un risultato affidabile.

La logica di controllo del sistema di riconoscimento, associata ai controlli di un manipolatore, permettono cos? di identificare ed afferrare in modo accurato le lenti, per poi trasferirle nel modo desiderato alla macchina di lavaggio.

S?intende, comunque, che l?invenzione non deve considerarsi limitata alle particolari configurazioni illustrate sopra, che costituiscono soltanto degli esempi non limitativi della portata dell?invenzione, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall?ambito di protezione dell?invenzione stessa, che risulta unicamente definita dalle rivendicazioni che seguono.

Per esempio, bench? si sia mostrata sempre una coppia di sensori ad ultrasuoni, non si esclude che il sistema possa utilizzare anche un solo sensore o pi? di due sensori, anche in funzione del numero di lenti che si intendono rilevare contemporaneamente.

Infine, non si esclude che il sistema di riconoscimento possa essere dotato di un terzo asse di movimento, ortogonale ai primi due, per poter regolare la posizione in altezza dei sensori rispetto alla vassoio di trasporto V.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di riconoscimento di lenti atto a comandare un dispositivo di prelievo di lenti da vassoi di trasporto (V), comprendente almeno un sensore di rilevamento disposto mobile al di sopra di un percorso di trasporto di detti vassoi di trasporto (V), caratterizzato da ci? che detto almeno un sensore di rilevamento ? un sensore ad ultrasuoni (2a, 2b), montato mobile secondo almeno due assi ortogonali (X-X, Y-Y), comprendente una sezione di emissione di ultrasuoni ed una sezione ricevente.
2. 2. Sistema come in 1, in cui sono previsti almeno due sensori ad ultrasuoni (2a, 2b) montati su una medesima basetta di supporto (1) in modo da emettere un fascio di ultrasuoni diretto sostanzialmente ortogonale ad un piano di appoggio delle lenti in detti vassoi di trasporto (V).
3. 3. Sistema come in 1 o 2, in cui sono inoltre previsti motori (M1, M2) atti a muovere una prima (S1) ed una seconda (S2) slitta scorrevoli su rispettive scatole di basamento prima (B1) e seconda (B2), che definiscono rispettivamente detti assi ortogonali (X-X, Y-Y), detta prima scatola di basamento (B1) essendo fissata ad un piano di riferimento e detta seconda scatola di basamento (B2) essendo fissata a detta prima slitta (S1).
4. 4. Sistema come in 1, 2 o 3, in cui detti sensori (2a, 2b) sono comandati in movimento secondo un percorso di scansione a forma di spirale convergente.
5. 5. Metodo di riconoscimento di una lente su un vassoio di trasporto (V) con un sistema come in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni dotato di uno o pi? sensori ad ultrasuoni, comprendente le fasi di effettuare una pluralit? di scansioni preliminari in un'area di lavoro comprensiva di detti vassoi (V) senza lenti ed acquisire una pluralit? di corrispondenti set di dati 'a vuoto' da detti sensori ad ultrasuoni (2a, 2b) in corrispondenza di segnali di posizione (x, y) di detti sensori in una pluralit? di punti di posizione lungo detti assi ortogonali (X-X, Y-Y), effettuare una scansione in detta area di lavoro comprensiva di detti vassoi (V) in presenza di lenti ed acquisire un corrispondente set di dati 'operativo' da detti sensori ad ultrasuoni (2a, 2b) in corrispondenza di segnali di posizione (x, y) di detti sensori in detta pluralit? di punti di posizione lungo detti assi ortogonali (X-X, Y-Y), in corrispondenza di ciascuno di detti punti di posizione determinare la differenza fra il set di dati 'operativi' e la pluralit? di set di dati 'a vuoto', scegliere fra la pluralit? di set di dati 'a vuoto', un set selezionato di dati 'a vuoto' che presenta il numero minore di differenze rispetto al set di dati 'operativo', effettuare una differenza tra detto set di dati 'operativo' e detto set selezionato di dati 'a vuoto', cos? da ottenere una nuvola di punti, determinare almeno il centro geometrico di detta nuvola di punti e associarlo ad un punto di presa di detta lente.