IT8319860A1

IT8319860A1 - Metodo e apparecchiatura per il controllo dimensionale di corpi solidi

Info

Publication number: IT8319860A1
Application number: IT1983A19860A
Authority: IT
Original assignee: Carboloy Spa
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1983-03-02
Publication date: 1984-09-02
Also published as: IT1163129B; EP0120211A3; EP0120211A2; IT8319860A0

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo:

Metodo ed apparecchiatura per il controllo dimensionale di corpi solidi

Per il controllo dimensionale e di irregolarit? dei bordi di corpi solidi delimitati da almeno due superfici piane e parallele, il corpo stesso viene investito con un raggio laser a lama inclinato rispetto al fianco del corpo e formato da raggi paralleli giacenti in un piano perpendicolare alle dette superfici piane di detto corpo, il raggio riflesso dal fianco di detto corpo essendo ricevuto su una telecamera attraverso uno specchio di riflessione, cosicch? detta telecamera riceva la dimensione di altezza laterale del corpo stesso, mentre una seconda telecamera allineata con l'asse del corpo da controllare riceve eventuali raggi diffratti dal bordo superiore di detto corpo.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il controllo dimensionale di corpi solidi e, pi? specificamente, un metodo ed una apparecchiatura per il controllo dimensionale di corpi solidi delimitati da due superfici piane e parallele.

Nella descrizione che segue si far? esplicito riferimento al caso degli ins?rti in metallo duro per lavorazioni meccaniche, restando tuttavia inteso che ci? non deve costituire una indebita limitazione delle possibilit? di applicazione e sfruttamento della presente invenzione a tutti gli altri casi e campi tecnologici in cui si presenti un analogo problema.

E' nota che gli inserti in metallo duro vengono impiegati in svariate lavorazioni meccaniche quali tornitura, fresatura, piallatura, ecc.

Un particolare problema che si incontra nella fabbricazione di inserti in metallo duro ? il controllo dimensionale della loro sagoma, la rivelazione di difetti sui taglienti dei medesimi e la loro classificazione qualitativa conseguente al controllo anzidetto.

Finora il problema anzidetto ? stato affrontato principalmente in relazione alla rivelazione di difetti sui taglienti.

A questo riguardo, nella domanda di brevetto italiana No. 22401 A/82 ? descritto, illustrato e rivendicato un sistema di illuminazione per produrre una visione ottico-elettronica ad alta risoluzione capace di distinguere particolari relativamente minuti, quali appunto i difetti dei taglienti di inserti in metallo duro.

Specificamente il sistema in questione prevede di investire i bordi o taglienti dell'inserto con un raggio a lama, generato da un laser, con l'aiuto di un gruppo ottico contenente una lente cilindrica, detto raggio essendo inviato per mezzo di una testa rotante ad incidere in modo radente i bordi o taglienti dell'inserto. In tal modo eventuali difetti od irregolarit? del tagliente sotto esame determinano una diffrazione del raggio a lama che viene prontamente individuato ovvero rivelato da un rivelatore ottico-elettronico quale una telecamera munita di tubo VIDICON.

Come gi? accennato, tuttavia, un controllo completo di un corpo solido, quale appunto un inserto in metallo duro, non pu? essere limitato alla sola rivelazione di difetti o scheggiature dei bordi taglienti ma deve attuare un controllo dimensionale pi? generale, come ad esempio quello del parallelismo delle due superfici che definiscono il corpo stesso.

Scopo principale della presente invenzione ? appunto quello di fornire un metodo ed un'apparecchiatura che consenta il controllo dimensionale di corpi solidi, in particolare di corpi solidi delimitati da due superfici piane e parallele, il cui profilo pu? essere definito mediante espressioni matematiche

Uno scopo pi? specifico della presente invenzione ? quello di fornire un metodo ed un'apparecchiatura che, nell'ambito del controllo dimensionale sopra detto, consenta altres? la rivelazione di imperfezioni localizzate sui bordi del corpo solido e la classificazione automatica del corpo esaminato in funzione dei controlli sia dimensionale che di irregolarit? localizzate.

A tale scopo la presente invenzione prevede un metodo per il controllo dimensionale di corpi solidi delimitati da due superfici piane e parallele, del tipo in cui il corpo viene investito con un raggio a lama, generato da un laser, che investe in modo radente almeno un bordo del corpo da controllare, il raggio riflesso di detto raggio a lama essendo inviato su un gruppo rivelatore ottico-elettronico, caratterizzato dal fatto che detto raggio a lama, giacente in un piano perpendicolare ai bordi del corpo da controllare, viene inviato con una inclinazione prestabilita contro il fianca del corpo da controllare in modo da investirlo per tutta la sua altezza, detto raggio essendo spostato lungo l'intera periferia del corpo stesso in modo da controllare l'intero fianco perimetrale del corpo da controllare.

In conformit? ad una forma di realizzazione preferita del metodo secondo la presente invenzione si utilizzano due raggi a lama contrapposti, ciascuno dei quali effettua il controllo di una met? del corpo da controllare.

A sua volta l'apparecchiatura secondo la presente invenzione del tipo comprendente un supporto del corpo da controllare, mezzi a laser generatori di un raggio scandagliatore, mezzi a collineatore atti a rendere detto raggio sagomato a lama e mezzi ottico-elettronici per ricevere ed elaborare il raggio riflesso risultante dall'impatto di detto raggio a lama contro detto corpo ? caratterizzata dal fatto che detti mezzi a laser sono disposti con una inclinazione prestabilita rispetto al fianco di detto corpo da controllare e sono previsti mezzi motori per generare un moto relativo a velocit? controllata tra detto corpo e detto raggio a lama.

Gli aspetti peculiari ed i vantaggi della presente invenzione appariranno pi? chiaramente dalla descrizione particolareggiata che segue, fatta in relazione ad una forma di realizzazione preferita e con riferimento ai disegni allegati in cui:

la fig. 1 ? una rappresentazione schematica del principio sul quale ? basata la presente invenzione;

la fig. 2 ? una vista schematica in elevazione laterale dei componenti essenziali dell'apparecchiatura dell'invenzione;

la fig. 3 ? una vista schematica, analoga alla fig. 2 dell'apparecchiatura dell'invenzione in una forma di realizzazione preferita;

la fig. 4 ? una vista schematica di un'ulteriore caratteristica significativa del metodo e dell'apparecchiatura dell'invenzione.

Riferendosi anzitutto alla fig. 1, con il riferimento 10 ? indicato un inserto metallico, delimitato da due superfici 11 e 12, ed avente altezza H.

Come si vede chiaramente in fig. 2, l'inserto 10 viene caricato su di un supporto a ventosa 13 montato ad un pistone 14 scorrevole in un cilindretto 15. Il pistone 14 ? sollecitato verso la posizione di massima estensione da una molla di compressione 16 montata coassialmente intorno allo stelo 17 del pistone 14.

L'estremit? inferiore del cilindro 15 ? solidale ad una ruota dentata 18, in ingranamento con una seconda ruota dentata 19, azionata dall'albero di un motore passo-passo 20, per cui l'inserto 10 viene fatto ruotare davanti alla fonte del raggio laser 21, al quale ? associato un dispositivo collineatore 22 avente lo scopo di rendere il raggio quanto pi? possibile simile ad una lama di spessore costante e minimo.

Poich? la struttura della sorgente di raggio laser 21 e del dispositivo collineatore 22 nonch? del supporto rotante per l'inserto 10 ? descritta nella suddetta domanda di brevetto italiana non ? necessario in questa sede dilungarsi ulteriormente.

Riferendosi quindi alla figura 3, si osserva che l'inserto 10 ? sottoposto aH'azione di due raggi laser diametralmente opposti, i quali come gi? detto giacciono in piani perpendicolari ai piani 11 e 12 che delimitano l'inserto 10.

Le sorgenti di raggi laser 21 sono posizionate in modo che i raggi a lama uscenti dai relativi dispositivi 22 investono gli spigoli e principalmente lo spigolo superiore 23 con un angolo tale che la presenza di una irregolarit? o scheggiatura determina una diffrazione che viene rilevata dalla telecamera lineare 24, la quale ? altres? in grado di determinare la posizione angolare di tali irregolarit? mediante un sistema di coordinate polari connesse al profilo della superficie superiore dell'inserto 10.

E' chiaro che capovolgendo l'inserto 10 ? possibile effettuare il controllo della superficie opposta dell'inserta.

Il raggio che investe il fianco dell'inserto 10 genera inoltre un raggio riflesso 25 che, attraverso uno specchio 26 viene rilevato da una telecamera lineare 27.

Nella realizzazione di fig. 3 sono previste due telecamere lineari simmetriche 27A e 27B, come pure due specchi di riflessione 26A e ?' evidente che l'immagine rilevata da ciascuna telecamera 27 si traduce in un'altezza del fianco dell'inserto 10 e questa altezza viene rilevata punto per punto nel corso della rotazione dell'inserto davanti ai raggi laser e confrontata con un valore teorico precedentemente impostato nel complesso elettronico di memoria e comparazione che provvede direttamente, ad esempio mediante un microprocessore, a confrontare i valori rilevati con i parametri teorici, ed a classificare conseguentemente l'inserto in funzione del risultato di tale comparazione.

A questo riguardo si provvede inizialmente a determinare un piano ottico di riferimento, rispetto al quale si dispone l'inserto e rispetto al quale avviene la misurazione.

Nel funzionamento della forma di realizzazione di fig. 3, l'inserto 10, una volta posizionato sul supporto, viene fatto ruotare dal motore passo-passo per 360? , dei quali si utilizza per la misurazione soltanto l'angolo compreso tra 90? e 270?, mentre i primi e gli ultimi 90? di rotazione vengono utilizzati per l'accelerazione e rispettivamente la decelerazione e l'arresto del supporto, la rotazione tra 90? e 270? avvenendo a velocit? angolare costante.

E' chiaro che aumentando il numero di sorgenti di raggi laser, ad esempio a 4 disposte simmetricamente, l'angolo per il quale avviene la misurazione sar? di soli 90?, e quindi la potenzialit? dell'apparecchiatura aumenta.

E' importante sottolineare che il raggio laser deve essere costituito nel piana verticale da raggi rigorosamente paralleli in modo tale che variando la posizione del lato o fianco dell'inserto (in quanto questo non ? solitamente circolare) la dimensione che lo specchio 26 rinvia alla telecamera 27 rappresenti sempre la dimensione reale del lato dell'inserto 10.

A questo riguardo ? altres? importante rilevare che la posizione della fonte 22 del raggio laser deve essere regolabile rispetto all'asse di rotazione dell'inserto 10.

A tale scopa in fig. 3 ? illustrata una soluzione nella quale le due fonti di raggi laser sono montate su manicotti 28A e 28B internamente filettati ed impegnati su un albero 29 avente due porzioni 30A e 30B filettate oppostamente.

La rotazione del volantino 31 provocher? l'avvicinamento od allontanamento uguale e simultaneo dei manicotti e quindi delle fonti di raggi laser rispetto all'asse di rotazione del supporto dell'inserto 10.

Infine riferendosi alla fig. 4 si deve osservare quanto segue:

Data l'inclinazione del raggio laser convergente lungo l'asse X-X (vedi anche fig. 1) facendo muovere con moto relativo il raggio stesso perpendicolarmente alla sua direzione di propagazione lo spigolo superiore dell'inserto 10 verr? colpito in progressione dal raggio concentrato in XX mettendo in evidenza difetti localizzati dallo spigolo stesso.

Poich? (fig. 4) i difetti localizzati sono maggiormente dannosi sugli spigoli S, anzich? sui lati L dell?inserto 10, durante il moto relativo tra sorgente di raggio laser ed inserto, il punto focale X deve coincidere con il diametro esterno ossia con la semidiagonale dell'inserto 10. Visto dall'alto, il punto X, ossia il punto d'incontro tra asse XX e spigolo dell'inserto, fornisce le coordinate reali del profilo della superficie piana superiore, mentre l'immagine deviata sullo specchio laterale 26 fornisce le dimensioni reali nel piano verticale.

Appare cosi chiaro che con almeno una sorgente di raggi laser 21 disposta inclinata rispetto al piano di giacitura dell'inserto 10 e con la telecamera 24 ed almeno una telecamera 27 ? possibile:

a) rilevare difetti ed irregolarit? del bordo tagliente;

b) rilevare le dimensioni dell'inserto, sia come profilo della superficie superiore, sia come parallelismo delle due superfici delimitanti l'inserto stesso.

A questo punto, i dati rilevati dalle telecamere 24 e 27, unitamente alla rilevazione della frequenza di alimentazione del motore passopasso costituiscono le informazioni reali del sistema computerizzato che pu? essere agevolmente programmato per:

a) Ricerca e localizzazione di scheggiature

b) rilievo dimensionale su tre assi

c) esecuzione di programmi di verifica di specifiche con o senza subprogrammi di cernita

d) rilievo su cassette di dati statistici su controllo dimensionale e scheggiature

e) visione delle immagini su monitor

f) riproduzione delle immagini su stampante grafica

Claims

RIVENDICAZIONI

1) Metodo per il controllo dimensionale di corpi solidi delimitati da due superfici piane e parallele, del tipo in cui il corpo viene investito con un raggio a lama, generato da un laser, che investe in modo radente almeno un bordo del corpo da controllare, il raggio riflesso di detto raggio a lama essendo inviato su un gruppo rivelatore otticoelettronico, caratterizzato dal fatto che detto raggio a lama, giacente in un piano perpendicolare ai bordi del corpo da controllare, viene inviato con una inclinazione prestabilita contro il fianco del corpo da controllare in modo da investirlo per tutta la sua altezza, detto raggio essendo spostato lungo l'intera periferia del corpo stesso in modo da controllare l'intero fianco perimetrale del corpo da controllare.

2) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si utilizzano due raggi a lama contrapposti, ciascuno dei quali effettua il controllo di una met? del corpo da controllare.

3) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sono previsti due gruppi ottici-elettronici, uno dei quali riceve il raggio riflesso dal fianco di detto corpo, mentre l'altro riceve i raggi diffratti provocati da eventuali irregolarit? o scheggiature dei bordi superiori del detto corpo.

A) Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che si fa ruotare di 360? il detto corpo intorno al suo asse perpendicolare a dette superfici piane e parallele, e la rotazione tra 90? e 270? a velocit? angolare costante viene utilizzata per il controllo desiderato.

5) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la posizione della sorgente di raggio laser viene regolata rispetto all'asse di rotazione del corpo da controllare.

6) Apparecchiatura per il controllo dimensionale di corpi solidi delimitati da due superfici piane e parallele, del tipo comprendente un supporto del corpo da controllare, mezzi a laser generatori di un raggio scandagliatore, mezzi a collimatore atti a rendere detto raggio sagomato a lama e mezzi ottico-elettronici per ricevere ed elaborare il raggio riflesso risultante dall'impatto di detto raggio a lama contro detto corpo, caratterizzata dal fatto che detti mezzi a laser sono disposti con una inclinazione prestabilita rispetto al fianco di detto corpo da controllare e sono previsti mezzi motori per generare un moto relativo a velocit? controllata tra detto corpo e detto raggio a lama.

7) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6 caratterizzata dal fatta che sono previste due sorgenti di raggi laser contrapposti, cosicch? ciascun raggio effettua il controllo di una met? di detto corpo.

8) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi motori per la rotazione a velocit? angolare controllata e rilevabile di detto supporto portante detto corpo.

9) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detti motori sono costituiti da un motore elettrico passopasso, la cui frequenza di rotazione viene rilevata e segnalata in modo di per s? noto a mezzi elaboratori collegati a detti mezzi otticoelettronici.

10) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi ottico-elettronici consistono in una prima telecamera lineare per ricevere il raggio riflesso dal fianco di detto corpo ed in una seconda telecamera lineare per ricevere i raggi diffratti dal bordo superiore di detto corpo.

11) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detta seconda telecamera lineare ? allineata coassialmente con l'asse di rotazione di detto corpo.

12) Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 7 e 10, caratterizzata dal fatto che ? prevista una di dette prime telecamere lineari per ciascuna sorgente di raggio laser.

13) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta sorgente di raggi laser ? montata regolabilmente rispetto all'asse di rotazione di detto corpo.

14) Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 7 e 13, caratterizzata dal fatto che dette sorgenti di raggi laser sono portate da manicotti internamente filettati impegnati su filettature opposte e simmetriche di un albero passante per detto asse di rotazione e girevole mediante mezzi di azionamento.