IT202100028412A1

IT202100028412A1 - Calibro per apparecchiatura di controllo e metodo di messa a punto del calibro

Info

Publication number: IT202100028412A1
Application number: IT102021000028412A
Authority: IT
Inventors: Roberto Baruchello
Original assignee: Marposs Spa
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-05-09
Also published as: WO2023083804A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

?CALIBRO PER APPARECCHIATURA DI CONTROLLO E METODO DI MESSA A PUNTO DEL CALIBRO?

La presente invenzione riguarda un calibro utilizzato per operazioni di calibrazione di una apparecchiatura di controllo di una parte meccanica che genera un oggetto numerico tridimensionale partendo da un oggetto fisico, in particolare un oggetto numerico tridimensionale corrispondente alla parte meccanica da controllare, o ad almeno alcune porzioni di tale parte meccanica. L?oggetto numerico ? poi destinato ad elaborazioni di per s? note per effettuare misure relative alla parte meccanica da controllare.

L'apparecchiatura comprende sensori optoelettronici di distanza di tipo noto, in particolare laser scanner 2D, opportunamente disposti ed orientati rispetto alla parte meccanica da controllare.

Ciascuno di questi sensori (possono esserne previsti uno o pi?) emette un piano di luce: se un oggetto intercetta questo piano di luce si genera una linea luminosa all'intersezione fra oggetto e piano di luce. La figura 1 mostra schematicamente componenti di una apparecchiatura con due laser scanner 2 e 3, per controlli su una parte meccanica 1, ad esempio un pezzo multidiametro. L'aspetto fisico della parte meccanica 1 da controllare, cio? la sua forma e la sua dimensione, 'deforma' la linea luminosa generata.

La linea luminosa cos? deformata dalla parte meccanica 1 viene osservata da una posizione angolata tramite una telecamera 2D o matriciale, che ? parte del dispositivo di controllo (laser scanner 2, 3).

La linea vista dal dispositivo viene digitalizzata e interpretata come successione di molti punti, ad esempio dell?ordine di qualche migliaio.

Un opportuno programma interpreta le deviazioni della forma di tale linea come indice della posizione di ogni punto costituente la linea nel piano di luce emesso dal laser scanner 2, 3 e fornisce una coppia di coordinate X, Z per ogni punto della linea.

Ciascun laser scanner 2, 3 ? stazionario e la parte meccanica 1 da controllare ? messa in rotazione in modo tale che le porzioni sulle quali si desideri effettuare controlli / misure siano visibili dal laser scanner 2, 3, ovvero siano illuminate e intercettate dal / dai piano / i di luce nel corso della rotazione.

L'output del laser scanner 2, 3 ? una matrice numerica in cui sono codificate le coordinate X, Z rispetto a un riferimento fisso di ogni punto della linea, per un numero di volte pari alle volte che la linea ? stata rilevata.

Tale matrice pu? essere interpretata come una pluralit? di nuvole bidimensionali di punti su tanti piani paralleli affiancati che si sviluppano come le carte da gioco di un mazzo (il laser scanner 2, 3 non sa che si tratta di un oggetto che ruota, perch? non ha dati che riguardano la fase). Le nuvole bidimensionali di punti sono ordinate in successione, nell?ordine temporale in cui sono state lette.

L?oggetto ottenuto in tal modo, che pare essere una nuvola tridimensionale di punti ma non lo ?, rappresenta la parte meccanica 1 'srotolata' lungo la direzione di scansione del laser 2, 3 e deformata. A tale proposito si noti che le parti che, ruotando sotto la luce del laser, hanno una traiettoria che non incide perpendicolarmente sul piano della luce laser appaiono deformate. Per ottenere l?oggetto numerico tridimensionale corrispondente alla parte meccanica 1 da controllare, sul quale effettuare i rilevamenti desiderati, occorre pertanto 'riarrotolare' la nuvola di punti correggendo le deformazioni. Per fare ci? occorre associare una fase ad ogni coppia X, Z di coordinate dei punti nel sistema laser e poi trasformare le nuvole bidimensionali di punti con algoritmi di trasformazione di coordinate (di per s? noti) in una nuvola tridimensionale di punti 3D corretta, in un sistema di riferimento macchina. Per conoscere la fase di ogni coppia X, Z di coordinate dei punti, occorre fra l'altro conoscere l'esatta posizione dell'asse A di rotazione della parte meccanica 1 rispetto al sistema di riferimento del laser; l'origine del sistema di riferimento dei laser scanner 2, 3 in genere non ? definito in alcun modo, cio? non ci sono riferimenti meccanici per poterlo riferire, quindi non ? possibile ottenere il posizionamento desiderato in fase di montaggio.

E? quindi necessaria una fase di calibrazione ed un opportuno calibro. Sono noti metodi che consentono di conoscere la posizione dell'origine del sistema di riferimento di un laser scanner rispetto a un sistema di riferimento associato ad un calibro che comprende una porzione con superfici di riferimento costituita da tre facce piane mutuamente perpendicolari che definiscono un triedro T e vengono intercettate dal piano di luce emesso dal laser scanner.

Per individuare l'esatta posizione dell'asse A di rotazione del calibro rispetto al sistema di riferimento del laser, un calibro 7 secondo la presente invenzione comprende almeno due triedri T in posizione reciproca nota, ad esempio fissati a uno stesso corpo o telaio di supporto 8, e destinati a ruotare insieme al corpo o telaio di supporto 8 e, durante la rotazione, a essere intercettati in successione dal piano di luce del laser scanner 2, 3.

Secondo una possibile soluzione della presente invenzione (visibile in figura 2), il calibro comprende tre triedri T1, T2, T3 - ciascuno dei quali comprende superfici di riferimento 4, 5, 6 mutuamente perpendicolari - in posizione reciproca nota ma il numero di triedri T opportunamente collocati pu? essere vantaggiosamente aumentato a quattro, o pi?.

La parte meccanica 1 da controllare ? posta in una posizione di controllo su una tavola rotante o supporto rotante, schematizzato in figura 1 con il riferimento R, e ciascun laser scanner (uno o pi?) 2, 3 ? posizionato e opportunamente inclinato in modo tale che il piano di luce emesso intercetti, nel corso della rotazione, tutte le porzioni della parte meccanica 1 sulle quali ? richiesto effettuare i rilevamenti necessari. Prevedere ex-ante la posizione e la disposizione del / dei laser scanner 2, 3 risulta complicato, e aggiustamenti risultano il pi? delle volte necessari in opera, quando la parte meccanica 1 da controllare viene posta in posizione di controllo nel supporto rotante (R). La posizione nello spazio, o orientamento, delle superfici di riferimento 4, 5 e 6, ovvero dei triedri T1, T2 e T3 del calibro 7 dovr? adeguarsi alla posizione e all?orientamento finale del / dei laser scanner 2, 3 per garantire che, in almeno una posizione durante la rotazione del calibro 7 il laser scanner 2, 3 illumini contemporaneamente le tre facce, o superfici di riferimento 4, 5 e 6, mutualmente perpendicolari e concorrenti nel vertice calibrato che costituisce il riferimento di ogni triedro T generando, con la linea luminosa, una spezzata costituita da tre segmenti di retta.

La definizione della posizione e dell?orientamento dei laser scanner 2, 3 avviene in un momento avanzato della produzione della apparecchiatura di controllo. Progettare e produrre il calibro 7 a questo punto provoca lunghe attese e gravi ritardi.

Un calibro 7 secondo l?invenzione ? quale quello di figura 2 - prevede un corpo o telaio di supporto 8 cui sono connessi triedri (ad esempio tre) T1, T2 e T3 in modo pivotante nello spazio come mostrato nella vista e nella sezione di figura 3. L?orientamento di ciascun triedro T viene fissato (ad esempio mediante incollaggio) una volta che la posizione (che dipende dalla disposizione del/dei laser scanner 2, 3) ? stata trovata, e poi il calibro 7 ? portato in sala metrologica per la certificazione della configurazione cos? definita.

Questo consente di produrre il calibro 7 in anticipo e limitare le operazioni post montaggio alla sola messa a punto e successiva certificazione. In sintesi: l?orientamento dei triedri T, e di conseguenza delle superfici di riferimento 4, 5 e 6, non deve essere noto al momento della produzione del calibro (o master) 7, ma pu? essere definito e fissato quando la configurazione dell?apparecchiatura di controllo, in particolare quando la disposizione, in particolare l?inclinazione o orientamento, del o dei laser scanner 2, 3, ? adattata, in opera, alla specifica parte meccanica 1 da controllare. Un metodo secondo l?invenzione per la messa a punto del calibro 7 comprende quindi i seguenti passi: disporre la parte meccanica 1 da controllare in una posizione di controllo, tipicamente sul supporto rotante (R); orientare ciascun sensore optoelettronico presente nell?apparecchiatura (nell?esempio di figura 1 ciascuno dei due laser scanner 2, 3) in modo che il relativo piano di luce intercetti le porzioni di interesse della parte meccanica 1 da controllare; disporre il calibro 7 nella posizione di controllo; registrare l?orientamento dei triedri T1, T2, T3 in modo che il o i piani di luce intercettino le relative superfici di riferimento 4, 5 e 6, ovvero le tre facce dei triedri T1, T2, T3; e fissare l?orientamento dei triedri T1, T2, T3.

Il numero di triedri T pivotanti del calibro 7 pu? variare a seconda del numero di laser scanner 2, 3 impiegati, ed ? almeno di due, preferibilmente tre, nel caso sia presente un solo laser scanner 2. Di regola, un triedro T aggiuntivo ? da prevedere per ogni laser scanner 3 che si aggiunge al primo. Nel caso dell?apparecchiatura schematizzata in figura 1, il calibro 7 comprende preferibilmente quattro triedri T.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Calibro (7) per effettuare operazioni di calibrazione di una apparecchiatura di controllo di una parte meccanica (1) che genera un oggetto numerico tridimensionale corrispondente a detta parte meccanica (1) e che comprende almeno un sensore optoelettronico (2, 3) atto a proiettare un piano di luce sulla parte meccanica (1) da controllare, il calibro (7) comprende superfici di riferimento (4, 5, 6) sulle quali viene proiettato detto piano di luce, il calibro (7) ? caratterizzato da un corpo di supporto (8) e almeno due triedri (T; T1, T2, T3) che definiscono dette superfici di riferimento (4, 5, 6) e sono connessi al corpo di supporto (8) in posizioni mutuamente note.

2. Calibro (7) secondo la rivendicazione 1, nel quale detti triedri (T; T1, T2, T3) sono connessi al corpo di supporto (8) con accoppiamento pivotante atto a consentire di registrare nello spazio l?orientamento delle superfici di riferimento (4, 5, 6).

3. Calibro (7) secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, comprendente almeno tre triedri (T; T1, T2, T3) connessi al corpo di supporto (8) in posizioni mutuamente note.

4. Calibro (7) secondo la rivendicazione 3, comprendente almeno quattro triedri (T; T1, T2, T3) connessi al corpo di supporto (8) in posizioni mutuamente note.

5. Calibro (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, utilizzato per calibrare una apparecchiatura di controllo nella quale detto almeno un sensore optoelettronico (2, 3) ? un laser scanner.

6. Calibro (7) secondo la rivendicazione 2, utilizzato per calibrare una apparecchiatura di controllo con due laser scanner (2, 3), comprendente almeno quattro triedri (T; T1, T2, T3) connessi al corpo di supporto (8) in posizioni mutuamente note.

7. Metodo per la messa a punto di un calibro (7) secondo la rivendicazione 2, la rivendicazione 6, o una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 e 5 come dipendenti dalla rivendicazione 2, utilizzato per calibrare una apparecchiatura di controllo di una parte meccanica (1) che genera un oggetto numerico tridimensionale corrispondente ad almeno alcune porzioni della parte meccanica (1) e che comprende almeno un sensore optoelettronico (2, 3) atto a proiettare un piano di luce su dette porzioni della parte meccanica (1), il metodo comprendendo i passi di:

? disporre la parte meccanica (1) da controllare in una posizione di controllo,

? orientare detto almeno un sensore optoelettronico (2, 3) in modo che il piano di luce intercetti dette porzioni della parte meccanica (1) da controllare,

? disporre il calibro (7) nella posizione di controllo,

? registrare l?orientamento dei triedri (T; T1, T2, T3) in modo che il piano di luce intercetti le superfici di riferimento (4, 5, 6), e

? fissare l?orientamento dei triedri (T; T1, T2, T3).

8. Metodo secondo la rivendicazione 7, nel quale la parte meccanica (1) da controllare e il calibro (7) sono disposti in una posizione di controllo su un supporto rotante (R).

9. Metodo secondo la rivendicazione 8, nel quale la calibrazione dell?apparecchiatura di controllo comprende l?individuazione dell?asse di rotazione (A) della parte meccanica (1) da controllare rispetto a un sistema di riferimento del sensore optoelettronico (2, 3).