ITMO20070139A1 - Dispositivo di scansione ottico di area - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

“DISPOSITIVO DI SCANSIONE OTTICO DI AREA”

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo di scansione ottico per la rilevazione dell'area di un oggetto.

I dispositivi di scansione ottici, i quali non prevedono il contatto con Γ oggetto da rilevare, nascono come ausilio alle attività progettuali e sono utilizzati per svariate applicazioni, come, ad esempio, per effettuare controlli dimensionali, per ricostruire il profilo e quindi la forma di un oggetto, etc.

Tali dispositivi associano al vantaggio della mancanza di necessità di un contatto fisico con l'oggetto da rilevare, anche elevate velocità di scansione, superiori a quelle dei dispositivi di scansione a contatto, e elevate prestazioni in termini di precisione e ripetibilità delle misure.

Tra i dispositivi ottici più diffusi vi sono quelli di tipo laser.

I dispositivi laser si basano sul principio di funzionamento della triangolazione ottica, ovvero utilizzano un sensore di rilevazione, ad esempio del tipo CCD (Charge Coupled Device), atto a rilevare il raggio laser emesso da una sorgente luminosa puntiforme e riflesso dall'oggetto da rilevare, trasformando il segnale luminoso in un segnale digitale. L'angolo di incidenza del raggio laser riflesso sul sensore di rilevazione consente di risalire alla forma della superficie riflettente.

Al fine di assicurare la riflessione delle superfici dell'oggetto da misurare può essere necessario procedere al trattamento delle superfici stesse con spray opacizzanti.

Come sopra descritto, la sorgente luminosa di un dispositivo ottico laser è di tipo puntiforme. Questo comporta il fatto che il raggio laser emesso ha uno spessore estremamente contenuto e quindi è in grado di coprire un'area altrettanto ridotta.

La rilevazione di superfici di dimensioni medio-grandi può quindi richiedere tempi molto lunghi e la necessità di spostare reciprocamente la sorgente luminosa e l'oggetto da rilevare.

Per accelerare la velocità di scansione, è possibile incrementare lo spessore del raggio laser emesso dalla sorgente luminosa utilizzando un'ottica opportuna, inclinata di un angolo predeterminato rispetto al raggio incidente, in modo tale da generare un fascio luminoso spessorato.

Generalmente, lo spessore massimo che si può ottenere in questo modo è di circa 50mm.

Per ottenere spessori superiori è necessario ricorrere all'utilizzo di più dispositivi laser in parallelo, in modo tale da sommare l'effetto di ogni singolo dispositivo.

Questi dispositivi di scansione laser, non sono scevri di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che richiedono elevati costi di investimento. Un altro inconveniente dei dispositivi noti consiste nel fatto che consentono la rilevazione di superfici di estensione estremamente ridotta, per cui la misurazione di superfìci caratterizzate da aree di medio-grandi dimensioni richiede lunghi tempi di esecuzione o l'utilizzo in parallelo di un cospicuo numero di dispositivi, il che comporta inevitabilmente un consistente aumento dei costi di investimento.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota escogitando un dispositivo di scansione ottico di area che consenta di ridurre sensibilmente i costi di investimento.

Un altro scopo del dispositivo oggetto del presente trovato è quello di consentire una rapida rilevazione anche di superfìci caratterizzate da aree di medio-grandi dimensioni.

Nell’ambito di tale compito, altro scopo del presente trovato è quello di assolvere i compiti precedenti con una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto.

Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dal presente dispositivo di scansione ottico di area, comprendente:

- almeno una sorgente luminosa atta ad emettere luce,

- almeno un sensore di rilevazione comprendente una superficie sensibile alla luce e disposto in modo da ricevere la luce emessa da detta sorgente luminosa,

caratterizzato dal fatto di comprendere un volume disposto su una traiettoria della luce dalla sorgente luminosa al sensore di rilevazione in modo che detta sorgente luminosa possa illuminare detto volume, il quale è atto ad accogliere un oggetto da rilevare in modo che l'oggetto interrompa la trasmissione di almeno parte della luce su detto sensore di rilevazione, proiettando così il profilo dell'oggetto sulla superficie sensibile del sensore di rilevazione, detto sensore di rilevazione essendo atto ad emettere un segnale elettrico proporzionale all’area di detta superfìcie sensibile colpita dalla luce emessa da detta sorgente luminosa.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di dettaglio di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo di scansione ottico di area, illustrato a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 è una vista assonometrica del dispositivo secondo il trovato, con un elemento tubolare da rilevare, in appoggio sulla superficie sensibile, parzialmente esteso;

la figura 2 è una vista assonometrica del dispositivo di figura 1 con l'elemento tubolare da rilevare compresso lungo la direzione d;

la figura 3 è una vista frontale del dispositivo di figura 1 ;

la figura 4 è una vista assonometrica del dispositivo secondo il trovato comprendente un elemento di contenimento dell'elemento tubolare da rilevare;

la figura 5 è una vista frontale del dispositivo di figura 4.

Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato con il numero di riferimento 1 un dispositivo di scansione ottico di area, particolarmente per la rilevazione delle variazioni di forma di un oggetto.

Il dispositivo 1 comprende almeno una sorgente luminosa 2 atta ad emettere luce e almeno un sensore di rilevazione 3, comprendente una superficie sensibile 3 a alla luce, disposto in modo tale da ricevere la luce emessa dalla sorgente luminosa 2 ed atto ad emettere un segnale elettrico proporzionale all’area della superficie sensibile 3 a colpita dalla luce stessa.

Vantaggiosamente, il sensore di rilevazione 3 comprende una o, più preferibilmente, una pluralità di celle fotovoltaiche.

Il dispositivo 1 comprende un volume 10 disposto su una traiettoria della luce dalla sorgente luminosa 2 al sensore di rilevazione 3, indicata con il numero di riferimento 11 nelle figure, in modo tale che possa essere illuminato dalla luce stessa.

Preferibilmente, il sensore di rilevazione 3 è disposto affacciato alla sorgente luminosa 2 e il volume 10 è definito dalla porzione di spazio interposta tra la sorgente luminosa 2 ed il sensore di rilevazione 3.

Il volume 10 è atto ad accogliere un oggetto da rilevare, quale, nell’esempio rappresentato nelle figure, un elemento tubolare T estensibile lungo una direzione d, in modo che l’oggetto interrompa la trasmissione di almeno una parte della luce incidente il sensore di rilevazione 3, proiettando così il profilo dell’oggetto stesso sulla superficie sensibile 3 a.

Opportunamente l'oggetto da rilevare è posizionato in appoggio sulla superficie sensibile 3 a.

Più particolarmente, l’oggetto inseribile nel volume 10 provoca una diminuzione del segnale emesso dal sensore di rilevazione 3, rispetto alla situazione nella quale nel volume 10 non è contenuto alcun oggetto, proporzionale all’area della superficie sensibile 3a oscurata.

In una preferita forma di realizzazione, mostrata nelle figure 4 e 5, il dispositivo 1 comprende un elemento di contenimento 4 dell’oggetto da rilevare, opportunamente realizzato in materiale opaco, inserito nel volume 10 e provvisto di almeno una fessura 5.

Più particolarmente, la fessura 5, posizionata dalla parte della sorgente luminosa 2, in una zona periferica dell’elemento di contenimento 4, è atta a consentire il passaggio della luce emessa dalla sorgente luminosa 2 per rilevare la proiezione sulla superficie sensibile 3 a della sola porzione dell’oggetto disposta in corrispondenza della fessura stessa.

La fessura 5 consente quindi di rilevare solo il profilo della porzione di interesse, oscurando la rimanente area; questo permette di amplificare la dipendenza del segnale in uscita dalla forma della porzione considerata, escludendo dalla rilevazione zone non di interesse e facilitando di conseguenza la rilevazione di eventuali cambiamenti di forma della porzione stessa.

In una preferita forma di realizzazione, il dispositivo 1 comprende almeno un filtro ottico, non rappresentato nelle figure, inserito nel volume 10 ed atto a consentire il passaggio di radiazioni cromatiche, della luce emessa dalla sorgente luminosa 2, aventi lunghezze d’onda predeterminate.

Più particolarmente, l’utilizzo di uno o più filtri ottici è finalizzato a consentire il passaggio di lunghezze d’onda della luce emessa tali da non attraversare l'oggetto da rilevare, il quale quindi risulta opaco a queste lunghezze d'onda, in modo tale da migliorare la pulizia del segnale in uscita dal sensore di rilevazione 3 e la sua dipendenza dal profilo proiettato.

In una alternativa forma di realizzazione, sempre al fine ottenere un segnale in uscita che non sia distorto dal passaggio di luce attraverso l’oggetto da rilevare, il dispositivo 1 utilizza sorgenti luminose atte ad emettere luce secondo lunghezze d’onda predeterminate e tali da non attraversare l’oggetto stesso.

Vantaggiosamente il dispositivo 1 può essere associato ad un software per il riconoscimento della forma, di quelli attualmente in commercio, che, se opportunamente tarato, consente di risalire, in funzione del segnale elettrico in uscita, alla forma dell'oggetto rilevato.

Il funzionamento del presente trovato è il seguente.

Posizionando un oggetto da rilevare nel volume 10 ed illuminandolo con la sorgente luminosa 2, il dispositivo 1 emette un segnale elettrico funzione dell'area della superficie sensibile 3 a illuminata.

Deformando l’oggetto la proiezione del suo profilo sulla superficie sensibile 3 a si modifica di conseguenza ed il sensore di rilevazione 3 emette un segnale elettrico differente rispetto a quello precedentemente emesso solo se varia l'entità dell'area definita dal profilo proiettato.

Ovviamente, se la variazione di forma della zona oscurata non comporta anche una variazione di estensione, il segnale emesso dal sensore di rilevazione 3 sarà il medesimo.

Un tipo di applicazione esemplificativo, ma non limitativo, del dispositivo oggetto del trovato, è quello di identificare le variazioni di forma del elemento tubolare T estensibile, rappresentato nelle figure, opportunamente realizzato in materiale plastico.

Più precisamente, l'elemento tubolare T, immediatamente terminata la fase di estrusione, deve essere compresso lungo lungo la direzione d, al fine di deformarlo e conferirgli una forma particolare, del tipo a "fisarmonica", che consenta all'elemento tubolare stesso di essere successivamente esteso e compattato lungo la direzione d, in base alle specifiche esigenze.

La forma assunta dall'elemento tubolare T al termine della fase di compattazione è quindi caratterizzata da una pluralità di picchi e valli, che possono assumere un'ampiezza angolare variabile in funzione del grado di compattazione dell'elemento tubolare stesso.

Poiché la compattazione dell'elemento tubolare T, affinché abbia effetto, deve avvenire in tempi abbastanza ridotti, risulta quindi di fondamentale importanza conoscere, durante la fase di compattazione stessa, lo stato di compressione del tratto di interesse dell'elemento tubolare T, al fine di regolare di conseguenza la velocità dei mezzi di compattazione.

Questo controllo viene eseguito posizionando il tratto dell'elemento tubolare T di interesse sulla superficie sensibile 3 a di una cella fotovoltaica 3, preferibilmente inserendolo all'interno dell'elemento di contenimento 4, ed illuminandolo con la sorgente luminosa 2.

La sorgente luminosa 2 proietta il profilo del tratto dell'elemento tubolare T da rilevare sulla superficie sensibile 3 a; il segnale emesso dalla cella fotovoltaica 3, proporzionale all'estensione dell'area oscurata, sarà tanto minore quanto più l'elemento tubolare T è compatto, in quanto la superficie libera tra due picchi successivi si riduce e aumenta l'area oscurata. Per contro, un segnale in uscita di elevata intensità indicherà quindi che il tratto dell'elemento tubolare T rilevato è poco compresso.

Il dispositivo 1 è quindi in grado di fornire, praticamente in tempo reale, un'indicazione sullo stato di compressione dell'elemento tubolare T in funzione dell'entità del segnale elettrico emesso, in quanto il grado di compattazione influenza l'entità dell'area oscurata sulla superficie sensibile 3a.

Il dispositivo 1, interfacciandosi con i mezzi di compattazione, ne regola la velocità sulla base del segnale in uscita.

Il dispositivo 1 è quindi particolarmente utile per riconoscere le variazioni di forma di un medesimo oggetto.

Inoltre, collegando il dispositivo 1 ad un software di riconoscimento della forma, opportunamente tarato, è possibile risalire dall'intensità del segnale emesso alla forma del profilo proiettato e non solo all'estensione della sua area.

Si è in pratica constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti e in particolare si sottolinea il fatto che consente di rilevare in modo agevole ed economico le variazioni di forma di oggetti anche di notevoli dimensioni.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, benché vengano preferiti i materiali descritti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall’ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 dispositivo di scansione ottico di area, comprendente: - almeno una sorgente luminosa atta ad emettere luce, - almeno un sensore di rilevazione comprendente una superficie sensibile alla luce e disposto in modo da ricevere la luce emessa da detta sorgente luminosa, caratterizzato dal fatto di comprendere un volume disposto su una traiettoria della luce dalla sorgente luminosa al sensore di rilevazione in modo che detta sorgente luminosa possa illuminare detto volume, il quale è atto ad accogliere un oggetto da rilevare in modo che l'oggetto interrompa la trasmissione di almeno parte della luce su detto sensore di rilevazione, proiettando così il profilo dell'oggetto sulla superficie sensibile del sensore di rilevazione, detto sensore di rilevazione essendo atto ad emettere un segnale elettrico proporzionale all’area di detta superficie sensibile colpita dalla luce emessa da detta sorgente luminosa. 2)Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sensore di rilevazione comprende almeno una cella fotovoltaica. 3 dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sensore di rilevazione comprende una pluralità di celle fotovoltaiche. 4)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un elemento di contenimento dell'oggetto da rilevare inserito in detto volume e provvisto di almeno una fessura, posizionata dalla parte di detta sorgente luminosa ed in una zona periferica dell'elemento di contenimento stesso, atta a consentire il passaggio della luce emessa da detta sorgente luminosa per proiettare su detta superficie sensibile il profilo della porzione di detto oggetto disposta in corrispondenza della fessura stessa. 5)Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento di contenimento è realizzato in materiale opaco. 6)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un filtro ottico inserito in detto volume e atto a consentire il passaggio di radiazioni cromatiche della luce emessa da detta sorgente luminosa aventi lunghezze d'onda predeterminate. 7)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta sorgente luminosa emette una luce avente lunghezze d'onda predeterminate. 8)Uso si celle fotovoltaiche come sensori di rilevazione in dispositivi di scansione ottici, particolarmente per la rilevazione della forma di un oggetto.