ITBO20130687A1

ITBO20130687A1 - Dispositivo e metodo per verificare il corretto montaggio di un organo di collegamento avente una testa, rispetto ad una superficie di montaggio

Info

Publication number: ITBO20130687A1
Application number: IT000687A
Authority: IT
Inventors: Vittorio Calbucci; Fabio Cerretani; Cristina Cristalli; Lorenzo Stroppa
Original assignee: Aea Srl
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-14
Also published as: ES2659612T3; WO2015087302A1; US20160320175A1; PL3080547T3; EP3080547B1; EP3080547A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“DISPOSITIVO E METODO PER VERIFICARE IL CORRETTO MONTAGGIO DI UN ORGANO DI COLLEGAMENTO AVENTE UNA TESTA, RISPETTO AD UNA SUPERFICIE DI MONTAGGIO”

* * *

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo per verificare il corretto montaggio, rispetto ad una superficie di montaggio, di un organo di collegamento avente una testa, e ad un corrispondente metodo di verifica del montaggio dell’organo di collegamento.

In particolare, l’invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva, applicazione nel montaggio di organi di collegamento, quali viti e rivetti, per bloccare due o più elementi tra loro, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Dopo avere montato una vite o un rivetto per il bloccaggio di due elementi, ad esempio due pezzi meccanici, è consigliabile verificare che la testa della vite o rivetto sia il più possibile aderente alla superficie di montaggio. La presenza di uno spazio sottotesta tra la superficie inferiore della testa e la superficie di montaggio è, infatti, indice di un montaggio non corretto o incompleto della vite o rivetto.

Alcune delle tecniche conosciute per la verifica del montaggio di una vite o rivetto prevedono di misurare manualmente l’entità dello spazio (“gap”) tra la testa della vite o del rivetto e la superficie di montaggio con appositi strumenti. Per esempio, è noto misurare lo spazio tra la testa di un rivetto e la superficie di montaggio tramite cosiddetti spessimetri a nastro aventi rispettivi spessori che si differenziano di un decimo di millimetro e che un operatore cerca di inserire uno dopo l’altro nello spazio fino a quando non trova lo spessimetro o la combinazione di spessimetri del giusto spessore. Altre tecniche si basano essenzialmente sulle capacità visive dell’operatore, che deve capire se il montaggio soddisfa certi requisiti sulla base di una osservazione ad occhio nudo della testa di ciascuna vite o rivetto montato.

Come si può ben capire, l’affidabilità delle tecniche di misura manuali è fortemente dipendente dall’abilità dell’operatore. Considerando poi che molto spesso le viti e rivetti da controllare sono migliaia in poco tempo, è evidente che queste tecniche possono portare ad un numero elevato di errori.

Scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo per verificare il corretto montaggio di viti o rivetti, il quale consenta di automatizzare la verifica e ridurre l’errore umano e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione.

In accordo con la presente invenzione vengono forniti un dispositivo ed un metodo per verificare il corretto montaggio di un organo di collegamento avente una testa, rispetto ad una superficie di montaggio, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 illustra, secondo una vista prospettica parzialmente semplificata, il dispositivo di verifica realizzato secondo i dettami della presente invenzione;

- la figura 2 illustra, secondo una vista laterale, la struttura interna del dispositivo della figura 1;

- la figura 3 illustra un esempio di una immagine dell’organo di collegamento acquisita ed elaborata dal dispositivo della figura 1 allo scopo di verificarne il corretto montaggio; e

- la figura 4 illustra sei grafici rappresentanti misurazioni effettuate sull’immagine della figura 3.

Nella figura 1, con 1 è genericamente indicato, nel suo complesso, il dispositivo di verifica della presente invenzione avente lo scopo di verificare il corretto montaggio di un organo di collegamento, indicato con 2 e costituito ad esempio da un rivetto a strappo, avente una testa indicata con 3, rispetto ad una superficie di montaggio 4.

Il dispositivo di verifica 1 comprende: un telaio 5, il quale comprende una base 6 per l’appoggio alla superficie di montaggio 4 ed un montante 7 solidale con la base 6; uno specchio tronco-conico convergente 8, il quale è fissato alla base 6 per posarsi, in uso, con il bordo della propria apertura minore 8a sulla superficie di montaggio 4 in modo da circondare la testa 3; una videocamera 9, la quale comprende un obiettivo ottico 9a presentante un proprio asse ottico 10 ed è accoppiata al montante 7 con l’obiettivo 9a rivolto verso lo specchio 8 e preferibilmente, ma non necessariamente, coassiale al specchio 8 per acquisire almeno una immagine, riflessa dallo specchio 8, dello spazio (“gap”) sottotesta, indicato con G nella figura 1, misurabile tra la superficie inferiore della testa 3 e la superficie di montaggio 4; una unità di elaborazione 11, la quale è configurata per elaborare l’immagine acquisita in modo da misurare lo spazio sottotesta e per generare almeno un segnale indicativo del montaggio corretto o non dell’organo di collegamento 2 sulla base dei valori misurati; e due led, per esempio un led verde 12 ed un led rosso 13, comandati in funzione del suddetto segnale.

Il dispositivo di verifica 1 comprende, inoltre, un guscio esterno di protezione, illustrato in maniera semplificata con linea tratteggiata e indicato con 14 nella figura 1, che è solidale con il telaio 5, ed in particolare con il montante 7, e racchiude il telaio 5 stesso, la videocamera 9 e lo specchio 8. Il guscio 14 presenta, in corrispondenza dell’apertura 8a dello specchio 8, un’apertura inferiore 15 per consentire l’inserimento della testa 3 nell’apertura 8a. Il guscio 14 comprende un’impugnatura 16 per consentire ad un operatore (non illustrato) di tenere il dispositivo di verifica 1 correttamente posizionato durante l’uso, cioè con l’apertura 8a posata sulla superficie di montaggio 4 e centrata rispetto alla testa 3. I led 12 e 13 sono disposti su una parete superiore 17 del guscio 14 in modo da essere ben visibili all’operatore durante l’uso. La unità di elaborazione 11 è montata all’interno del guscio 14, per esempio contro una parete posteriore 18 del guscio 14.

Il dispositivo di verifica 1 comprende inoltre un visualizzatore di immagini 19, il quale è costituito, per esempio, da un display LCD, è posizionato sulla parete 17 del guscio 14 per essere ben visibile all’operatore durante l’uso ed è collegato direttamente alla videocamera 9 per aiutare l’operatore a centrare lo specchio 8 sulla testa 3 dell’organo di collegamento 2, come verrà spiegato più avanti nel presente documento.

Con riferimento alle figure 1 e 2, il telaio 5 comprende inoltre una staffa di supporto 20 a forma di L, sulla quale è fissata la videocamera 9 e la quale è accoppiata in maniera scorrevole al montante 7 per potersi muovere parallelamente all’asse ottico 10 lungo una guida 7a longitudinale ricavata nel montante 7 in modo da poter regolare l’inquadratura e/o la messa a fuoco della videocamera 9. La staffa 20 è bloccabile contro il montante 7 mediante una vite 21 (figura 2) il cui gambo 21a attraversa senza interferenza una fessura 22 longitudinale del montante 7 e la cui porzione filettata 21b si avvita in un foro 23 filettato ricavato nel lato maggiore della staffa 20 per serrare il montante 7 tra la testa 21c della vite 21 e la staffa 20. La videocamera 9 è fissata al lato minore della staffa 20 mediante due viti 24. Lo specchio 8 è fissato alla base 6 mediante altre due viti 25.

Lo specchio 8 ha un’apertura angolare α (figura 2) di valore sostanzialmente compreso tra 4/9*π e 11/18*π radianti, ossia compreso tra 80 e 110 gradi sessagesimali, e preferibilmente pari a π/2 radianti, cioè 90 gradi sessagesimali. In questo modo, l’immagine riflessa sullo specchio 8 che appare alla videocamera 9 comprende una sagoma anulare che corrisponde alla superficie laterale della testa 3 ed un’ombra anulare, interna alla suddetta sagoma anulare ed avente uno spessore in generale non uniforme, che corrisponde allo spazio sottotesta G tra la testa 3 e la superficie di montaggio 4.

La videocamera 9 è provvista di un illuminatore 9b (figura 2), il quale ha una forma anulare, è montato coassialmente e perimetralmente all’obiettivo 9a ed è rivolto verso lo specchio 8 per emettere un fascio di luce bianca sostanzialmente parallelo all’asse ottico 10 in modo da illuminare dall’alto essenzialmente l’area racchiusa dall’apertura minore 8a dello specchio 8. L’illuminatore 9b è costituito, per esempio, da una pluralità di LED a luce bianca disposti lungo il perimetro circolare esterno dell’obiettivo 9a. Il fascio di luce emesso dall’illuminatore 9b illumina la testa 3 dall’alto, migliorando così il contrasto tra la superficie laterale della testa 3 e l’ombra sotto alla testa 3.

Il dispositivo di verifica 1 comprende un tastierino dedicato (non illustrato) per permettere all’operatore di immettere comandi e dati nel dispositivo stesso, una unità di controllo (non illustrata) accoppiata alla, o integrata nella unità di elaborazione 11 per controllare la videocamera 9, l’illuminatore 9b ed i led 12 e 13 in funzione dei comandi immessi dall’operatore e di segnali generati dalla unità di controllo 11, ed una batteria (non illustrata) per l’alimentazione elettrica del dispositivo di verifica 1.

Secondo una ulteriore forma di attuazione della invenzione, il visualizzatore 19 è di tipo touch screen così da rendere superflua la presenza del tastierino.

In uso, il dispositivo di verifica 1 va inizialmente allineato all’organo di collegamento 2. A tale scopo, il visualizzatore 19 visualizza le immagini video acquisite dalla videocamera 9 in modo tale che l’operatore possa vedere in tempo reale la zona dello specchio 8 mentre posa quest’ultimo sulla superficie di montaggio 4 attorno alla testa 3 cercando di centrare lo specchio 8 rispetto alla testa 3. Per facilitare il compito dell’operatore, la videocamera 9 genera e sovrappone un mirino virtuale alle immagini video visualizzate.

Conclusa la fase di allineamento, l’operatore comanda il dispositivo di verifica 1 per fare la verifica vera e propria del corretto montaggio dell’organo di collegamento 2. L’unità di controllo accende l’illuminatore 9b e comanda la videocamera 9 per acquisire una immagine da utilizzare per la misurazione dello spazio sottotesta. L’immagine acquisita mostra lo spazio sottotesta riflesso sullo specchio 8 come un ombra sostanzialmente anulare. L’unità di elaborazione 11 è configurata per effettuare i seguenti passi di elaborazione sulla base dell’immagine acquisita.

Prima di tutto, viene eseguita una segmentazione dell’immagine acquisita per individuare una porzione di immagine che comprende l’ombra definita dallo spazio sottotesta. La porzione di immagine viene poi binarizzata, associando un primo valore binario BH, ad esempio “1”, ai pixel con maggiore intensità luminosa, cioè quelli con intensità luminosa superiore ad una soglia di binarizzazione, ed il secondo valore binario BL, ad esempio “0”, ai pixel con minore intensità, cioè quelli con intensità inferiore o uguale alla soglia di binarizzazione. La porzione di immagine binarizzata viene scansionata lungo una pluralità di linee di scansione che sono radiali rispetto all’asse ottico 10 in modo da ottenere, per ciascuna linea di scansione, un rispettivo valore misurato dello spazio sottotesta in funzione del numero dei pixel con valore BL contati lungo la linea di scansione.

Con riferimento alla figura 3, che illustra un esempio della suddetta porzione di immagine binarizzata in cui solo i pixel con valore BL sono mostrati in colore nero, la porzione di immagine binarizzata viene suddivisa in una pluralità di settori radialmente contigui, ed in particolare sei settori indicati con S1-S6, ciascuno dei quali viene scansionato lungo un medesimo numero di linee di scansione radiali rispetto all’asse ottico 10. Per esempio, il numero di linee di scansione di ciascun settore S1-S6 è compreso tra 100 e 150, e preferibilmente pari a 120. Per semplicità di illustrazione, la figura 3 mostra solo alcune linee di scansione nei settori S1 e S6. L’esempio della figura 3 mostra come l’ombra anulare (binarizzata) definita dallo spazio sottotesta abbia uno spessore non uniforme. I settori S5 ed S6 sono più ampi perché relativi a porzioni di ombra anulare con spessore inferiore e quindi la densità di linee di scansione nei settori S5 e S6 è inferiore che negli altri settori S1-S4.

Per ciascuna linea di scansione, vengono contati i pixel con valore BL intercettati dalla linea stessa per ottenere così un rispettivo valore di spessore dell’ombra anulare misurato in pixel, cioè un rispettivo valore di spessore dello spazio sottotesta misurato in pixel. I valori di spessore misurati in pixel vengono moltiplicati per una corrispondente pluralità di coefficienti di calibrazione, ciascuno dei quali esprime la distanza in millimetri tra due pixel consecutivi lungo la relativa linea di scansione, in modo da ottenere corrispondenti valori di spessore misurati in millimetri.

La figura 4 illustra sei grafici, ciascuno dei quali è relativo ad un rispettivo dei settori S1-S6 della figura 3 ed esprime i valori di spessore misurati in millimetri al variare delle linee di scansione del settore stesso.

Infine, l’unità di elaborazione 11 confronta tutti i valori di spessore misurati con un valore di soglia precedentemente impostato dall’operatore e genera, sulla base di tale confronto, un segnale indicativo del corretto o non corretto montaggio dell’organo di collegamento 2. Se tutti i valori di spessori misurati sono inferiori al valore di soglia, allora viene generato un segnale di responso positivo che viene usato dall’unità di controllo per accendere il led verde 12, altrimenti genera un segnale di responso negativo, ossia un segnale di allarme, che viene utilizzato dall’unità di controllo per accendere il led rosso 13.

Secondo una ulteriore forma di attuazione della presente invenzione, la unità di elaborazione 11 verifica anche il corretto funzionamento della macchina punzonatrice che ha applicato il rivetto 2 sulla base delle informazioni relative ai diversi settori S1-S6, cioè verifica, ad esempio, se la macchina punzonatrice preme in maniera uniforme sulla testa 3 del rivetto 2 sulla base dei valori medi di spessore dei vari settori S1-S6.

Benché l’invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad un esempio di attuazione ben preciso, essa non è da ritenersi limitata a tale esempio di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche o semplificazioni che risulterebbero evidenti al tecnico esperto del settore, quale ad esempio la presenza, in abbinamento o in alternativa al led rosso 13, di un segnalatore acustico per generare un segnale acustico in aggiunta o in alternativa al segnale luminoso del led rosso 13.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per verificare il corretto montaggio di un organo di collegamento (2) avente una testa (3), rispetto ad una superficie di montaggio (4), il dispositivo (1) comprendendo: un telaio (5), il quale comprende una base (6) per l’appoggio alla superficie di montaggio (4) ed un montante (7) solidale con la base (6); uno specchio tronco-conico convergente (8), il quale è fissato alla base (6) per posarsi, in uso, con la propria apertura minore (8a) sulla superficie di montaggio (4) in modo da circondare la testa (3); mezzi di acquisizione di immagini (9), i quali sono accoppiati al montante (7) con un loro obiettivo ottico (9a) rivolto verso lo specchio (8) e preferibilmente coassiale allo stesso per acquisire almeno una immagine, riflessa dallo specchio (8), di uno spazio sottotesta misurabile tra la testa (3) e la superficie di montaggio (4); mezzi di elaborazione (11), i quali sono configurati per elaborare l’immagine acquisita in modo da misurare detto spazio sottotesta lungo una pluralità di linee di scansione radiali rispetto ad un asse ottico (10) dell’obiettivo (9a) e per generare almeno un segnale indicativo del montaggio corretto o non dell’organo di collegamento (2) sulla base di un confronto tra i valori misurati dello spazio sottotesta ed un valore di soglia prestabilito; e mezzi segnalatori (12, 13) comandati in funzione di detto almeno un segnale.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto telaio (5) comprende un supporto (20), sul quale sono fissati detti mezzi di acquisizione di immagini (9) ed il quale è accoppiato in maniera scorrevole a detto montante (7) per muoversi parallelamente a detto asse ottico (10) in modo da poter regolare l’inquadratura e/o la messa a fuoco di detti mezzi di acquisizione di immagini (9).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto specchio (8) ha un’apertura angolare di valore sostanzialmente compreso tra 4/9*π e 11/18*π radianti, e preferibilmente pari a π/2 radianti.
4. Dispositivo secondo una rivendicazione da 1 a 3, in cui detti mezzi di acquisizione di immagini (9) comprendono un illuminatore (9b), il quale ha forma anulare ed è montato coassialmente e perimetralmente a detto obiettivo (9a) per emettere un fascio di luce tale da illuminare sostanzialmente l’area racchiusa da detta apertura minore (8a).
5. Dispositivo secondo una rivendicazione da 1 a 4, e comprendente un visualizzatore di immagini (19) comandato direttamente da detti mezzi di acquisizione di immagini (9) per aiutare un operatore a centrare detto specchio (8) sulla detta testa (3).
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, e comprendente un guscio esterno (14), il quale è solidale con detto montante (7) e presenta un’apertura inferiore (15) disposta in corrispondenza di detta apertura minore (8a); detti mezzi segnalatori comprendendo mezzi segnalatori luminosi (12, 13), i quali sono disposti, assieme a detto visualizzatore di immagini (19), su di una parete (17) del guscio esterno (14).
7. Metodo per verificare il corretto montaggio di un organo di collegamento (2) avente una testa (3), rispetto ad una superficie di montaggio (4), il metodo comprendendo: - posare uno specchio tronco-conico convergente (8) con la propria apertura minore (8a) sulla superficie di montaggio (4) in modo tale che l’apertura minore (8a) circondi la testa (3); - acquisire, mediante mezzi di acquisizione di immagini (9) disposti con un proprio obiettivo ottico (9a) rivolto verso lo specchio (8) e preferibilmente coassiale allo stesso, almeno una immagine, riflessa dallo specchio (8), dello spazio sottotesta misurabile tra la testa (3) dell’organo di collegamento (2) e la superficie di montaggio (4); - misurare detto spazio sottotesta sull’immagine acquisita lungo una pluralità di linee di scansione radiali rispetto ad un asse ottico (10) dell’obiettivo (9a); e - generare almeno un segnale indicativo del montaggio corretto o non dell’organo di collegamento (2) sulla base di un confronto tra i valori misurati dello spazio sottotesta ed almeno un valore di soglia prestabilito.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui la misurazione di detto spazio sottotesta comprende: - eseguire una segmentazione dell’immagine acquisita per individuare una porzione di immagine che comprende l’ombra anulare definita da detto spazio sottotesta; - eseguire una binarizzazione della porzione di immagine associando un primo valore binario (BH) ai pixel con maggiore intensità luminosa ed il secondo valore binario (BL) ai pixel con minore intensità; e - scansionare la porzione di immagine binarizzata lungo ciascuna di dette linee di scansione per ottenere un rispettivo valore misurato dello spazio sottotesta in funzione del numero dei pixel con secondo valore binario (BL) contati lungo la linea di scansione.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui la generazione di un segnale indicativo del montaggio corretto o non dell’organo di collegamento (2) comprende: - generare un segnale di allarme quando il valore misurato dello spazio sottotesta relativo ad almeno una di dette linee di scansione supera detto valore di soglia.
10. Metodo secondo una rivendicazione da 7 a 9, in l’acquisizione di almeno una immagine riflessa dallo specchio (8) comprende: - illuminare dall’alto l’area racchiusa da detta apertura minore (8a) mediante un fascio di luce generato da un illuminatore (9b) avente forma anulare e disposto coassialmente e perimetralmente a detto obiettivo (9a) per migliorare il contrasto tra la superficie laterale di detta testa (3) e l’ombra sotto a detta testa (3).