ITPI20110020A1 - Metodo e dispositivo di misura dello spessore di un oggetto trasparentesu linee di produzione automatica - Google Patents

Description

“METODO E DISPOSITIVO DI MISURA DELLO SPESSORE DI UN OGGETTO TRASPARENTE SU LINEE DI PRODUZIONE AUTOMATICAâ€

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda la produzione di oggetti trasparenti di cui si voglia conoscere lo spessore.

In particolare, ma non esclusivamente, l’invenzione riguarda un dispositivo di misura dello spessore di oggetti trasparenti prodotti su linee automatiche.

Ancor più in particolare, l'invenzione à ̈ applicabile a linee di produzione di tubi in vetro.

Background dell’invenzione

La realizzazione di prodotti trasparenti nelle forme più svariate ricopre un ruolo di notevole importanza viste le numerose applicazioni in cui questi sono utilizzati. In alcuni settori, molti prodotti vengono ottenuti da semilavorati in vetro.

Risulta quindi ricercata la qualità del prodotto semilavorato con determinate specifiche dimensionali. Tra queste, un parametro molto importante, à ̈ lo spessore delle sue pareti.

Tra i prodotti il cui spessore à ̈ da controllare con precisione vi sono i tubi di vetro, che vengono prodotti in continuo su apposite linee di produzione automatiche.

La determinazione dello spessore nel tubo di vetro serve inoltre ad ottenere una misura indiretta del diametro interno del tubo stesso, altrimenti difficile da effettuare su linea di produzione continua per l’impossibilità di introdurre nella cavità del tubo in corsa parti sensibili dello strumento di misura.

Tra i numerosi articoli ottenuti a partire dal tubo di vetro si citano, ad esempio, contenitori utilizzati nell'industria farmaceutica quali fiale, flaconi, carpule, siringhe, nonché apparecchiature da laboratorio quali cilindri graduati, pipette, burette, refrigeranti, ecc., adottati in laboratori di analisi chimica, ed anche camicie per tubi ricevitori impiegati nei collettori solari.

Nell’ambito industriale, il tubo in vetro deve osservare specifiche norme di qualità e predefinite caratteristiche dimensionali tali da permetterne l'utilizzo sulle successive linee di lavorazione.

Uno dei difetti che può pregiudicare la qualità del tubo di vetro à ̈ la non uniformità del suo spessore ovvero una non coassialità tra la superficie esterna e la superficie interna, con conseguenze sulla lavorabilità del prodotto finito.

Il processo più diffuso, pratico, preciso e flessibile per la fabbricazione del tubo di vetro, con diametri e spessori che ricoprono la maggior parte delle esigenze di mercato, prevede una fase di formatura a caldo che avviene a valle del forno in un sistema di produzione automatico a sviluppo inclinato o verticale.

Più precisamente, la macchina di formatura a sviluppo inclinato à ̈ costituita da un mandrino cavo rotante sul quale viene fatto colare da un “becco di colata†un flusso continuo di vetro. Attraverso la cavità viene soffiata aria, di modo che all’estremità libera del mandrino viene a formarsi il tubo.

Alternativamente, la macchina a sviluppo verticale à ̈ costituita da un orifizio, praticato direttamente sul fondo del canale di adduzione del vetro fuso. All’interno dell’orifizio à ̈ sospesa una “campana†, generalmente non rotante, che chiude parzialmente l’orifizio e lascia una fessura circolare da cui passa il vetro fuso. In tal modo, il vetro fuso cola attraverso l’orifizio lambendo l’esterno della campana, e viene così a formarsi il tubo, ancora plastico.

In entrambi i casi il tubo viene quindi “tirato†da apposita macchina situata a debita distanza (ove la temperatura del tubo sia sufficientemente ridotta), al termine di un corridoio di rulli sostanzialmente orizzontale. Le dimensioni del tubo vengono mantenute controllate automaticamente in continua agendo sulla portata e pressione dell’aria, e sulla velocità di tiro (linea a sviluppo obliquo), o sulla temperatura della zona dell’orifizio (linea a sviluppo verticale), in funzione del diametro e dello spessore misurato del tubo.

Risulta che il difetto di non concentricità ha maggior rilevanza per il processo a sviluppo verticale, dove à ̈ possibile agire con piccoli spostamenti della campana. Il problema à ̈ che la misura di non concentricità viene normalmente effettuata †fuori linea†ovvero sul tubo già tagliato, ottenendo così la misura in valore assoluto, ma perdendo l’informazione sulla direzione della non concentricità. Per ottenere questa informazione occorre realizzare sul tubo che si misurerà un segno in corrispondenza del riferimento angolare dell’orifizio. Tipicamente la superficie del tubo viene “marcata†con uno stilo di materiale opportuno in posizione fissa, più vicino possibile all’orifizio, in modo che la non concentricità sia riferita al sistema di riferimento dell’orifizio, e si possa calcolare la correzione da apportare alla posizione della campana.

Questa procedura comporta diversi inconvenienti tra cui il principale la necessità di depositare materiale estraneo sul tubo di vetro, con il rischio di lasciare residui poi sui rulli e sui vari dispositivi di trasporto, determinando alto rischio di contaminazione del prodotto, tipicamente destinato, à ̈ bene ricordarlo, al mercato farmaceutico. Per prevenire questo rischio, dopo l’operazione di marcatura il tubo vetro prodotto viene inviato direttamente allo scarto per diverse decine di minuti determinando perdite di efficienza, costi, e sprechi di energia.

In secondo luogo l’operazione necessariamente perturba gli equilibri termo-meccanici su cui à ̈ basato il processo, con l’effetto di misurare il processo nel transitorio in cui à ̈ perturbato anziché nello stato stazionario precedente.

In ultimo à ̈ difficoltosa per via delle alte temperature, ciò che ulteriormente limita l’accuratezza e la frequenza con cui può essere eseguita.

È quindi desiderabile rilevare il difetto di forma del tubo di vetro immediatamente a valle della formatura, possibilmente per mezzo di misure “non a contatto†, in modo da poter intervenire a monte in tempo reale, e correggere il difetto, limitando al minimo lo scarto di prodotto, e soprattutto i rischi per la qualità. Infatti, eseguendo una precisa misura dello spessore del tubo, à ̈ possibile poi intervenire sulla fase di formatura per evitare le anomalie di spessore.

Tra i sistemi di misura dello spessore di oggetti trasparenti à ̈ noto quello interferometrico, che prevede l'invio di un fascio luminoso sull'oggetto trasparente e la raccolta della radiazione riflessa. Più precisamente, viene sfruttata la riflessione tenendo conto che sia la superficie esterna sia la superficie interna, determinano una componente riflessa, seppur minima (per il vetro ciascuna circa il 4% della radiazione incidente sull'interfaccia). In tal modo, il fascio luminoso riflesso risulta dalla sovrapposizione di due onde riflesse di ampiezze dello stesso ordine di grandezza e sfasate tra loro, corrispondentemente al maggiore percorso compiuto dalla radiazione riflessa dalla superficie interna rispetto a quella riflessa dalla superficie esterna. Tale sovrapposizione determina fenomeni di interferenza, esaminando i quali à ̈ possibile determinare la differenza di percorso, e quindi lo spessore.

Questo tipo di misura si adatta alla determinazione dello spessore dei film sottili di spessore fino ad alcuni micron, ma per spessori maggiori richiede tecnologie di raccolta e di elaborazione del segnale, di precisione molto maggiore, e necessita di apparecchiature più avanzate e costose.

Per questo motivo, à ̈ necessario raccogliere la radiazione riflessa nel modo più efficace possibile, in modo da ottenere un segnale che possa consentire la determinazione dello spessore in oggetti in vetro, circa due o tre ordini di grandezza più spessi rispetto ai film sottili.

Ulteriori problemi, legati alle linee di produzione automatiche di tubi in vetro, derivano dal fatto che il tubo di vetro non à ̈ perfettamente fermo, anzi à ̈ in corsa, e quindi à ̈ soggetto a spostamenti e vibrazioni, per cui la radiazione riflessa ritorna in direzione variabile, e tanto più ampiamente variabile quanto minore à ̈ il diametro del tubo, comportando grosse difficoltà nel raccoglierla affidabilmente per l’analisi spettroscopica.

È quindi desiderabile trovare un modo per ottenere che la radiazione riflessa raccolta sia minimamente influenzata da una eventuale vibrazione o piccolo spostamento del tubo in vetro, o più in generale dell'oggetto in vetro di cui si vuole conoscere lo spessore, e che consenta di raccogliere un segnale in uscita sufficiente per le successive analisi spettroscopiche.

Ancora un'altra considerazione sui sistemi di misura esistenti à ̈ il fatto che, se applicati ad un tubo in vetro o altro oggetto a superficie curva che sia investito da un fascio luminoso, in modo da determinare lo spessore con misure spettroscopiche, sono in grado di fornire l'informazione dello spessore soltanto dal lato della parete investita dal fascio, ossia quella che riceve la radiazione incidente e restituisce una radiazione riflessa che può essere raccolta dalla stessa parte da cui proviene il fascio incidente. Per determinare lo spessore in un numero sufficiente di punti, risulta quindi necessario effettuare più misure e quindi predisporre un numero di strumenti maggiore al fine di moltiplicare i punti di misura dello spessore. Questo porta ad un conseguente aumento di costo e di risorse necessarie.

È quindi desiderabile conoscere lo spessore e soprattutto la sua variazione in un numero adeguato di punti, in modo da poter determinare il difetto di forma, cioà ̈ la non coassialità tra la superficie interna e la superficie esterna, senza incremento dei costi.

Sintesi dell’invenzione

È scopo della presente invenzione fornire un metodo di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente che consenta di ottenere una misura precisa e non influenzata da vibrazioni o piccoli spostamenti dell’oggetto stesso.

È anche scopo della presente invenzione fornire un metodo di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente che consenta di determinare lo spessore su oggetti, in particolare tubi di vetro, che scorrono ad alta velocità su una linea di produzione in continua.

È altro scopo della presente invenzione fornire un metodo di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente, in particolare un tubo di vetro, che consenta di determinare lo spessore su più punti, in modo da poter determinare un possibile difetto di forma.

È ulteriore scopo della presente invenzione fornire un metodo di misura dello spessore che consenta di determinare contemporaneamente lo spessore di una parete prossimale e di una parete distale in un tubo di vetro.

È anche scopo della presente invenzione fornire una apparecchiatura di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente che raggiunga i medesimi scopi.

È altresì scopo della presente invenzione fornire una apparecchiatura di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente che permetta di essere installata su una linea di produzione in continuo.

È anche scopo della presente invenzione fornire una apparecchiatura di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente che sia costruttivamente economica e semplice da realizzare.

Questi ed altri scopi sono raggiunti, in un primo aspetto dell’invenzione, da un metodo di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente, in particolare un oggetto curvo, detta parete comprendendo: un materiale trasparente, una interfaccia prossimale interposta tra l’ambiente e detto materiale trasparente, ed una interfaccia distale interposta tra detto materiale trasparente e detto ambiente da parte opposta a detta interfaccia prossimale,

detto metodo prevedendo le fasi di:

- predisporre una radiazione luminosa sorgente;

- focalizzare detta radiazione luminosa sorgente ottenendo una radiazione luminosa entrante diretta verso detta parete in modo che detta radiazione luminosa entrante:

- incida su detta interfaccia prossimale di detta parete,

- venga in parte riflessa da detta interfaccia prossimale in modo da generare un prima radiazione riflessa,

- attraversi in parte detto materiale trasparente incontrando detta interfaccia distale e venga in parte riflessa da detta interfaccia distale;

- attraversi in parte in senso inverso, dopo la riflessione su detta interfaccia distale, detto materiale trasparente incontrando nuovamente e attraversando detta interfaccia prossimale in modo da generare una seconda radiazione riflessa;

- raccogliere una radiazione luminosa uscente risultante dalla sovrapposizione di detta prima e seconda radiazione riflessa;

- analizzare detta radiazione luminosa uscente con metodologie spettroscopiche in modo da determinare lo spessore di detta parete in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima e seconda radiazione riflessa,

la cui caratteristica à ̈ che

detta fase di focalizzare prevede l’ottenimento di detta radiazione luminosa entrante mediante mezzi a lente non assialsimmetrici aventi due meridiani principali in modo tale che detta radiazione luminosa entrante sia focalizzata su un primo fuoco virtuale nel piano individuato da un primo meridiano e detta direzione sorgente, e su un secondo fuoco virtuale nel piano individuato dal secondo meridiano e detta direzione sorgente.

In particolare, detta fase di focalizzare prevede una tra le seguenti condizioni:

- che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi in una posizione finita oltre detta parete e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente in detta parete;

- che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente all’infinito e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente in detta parete;

- che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente all’infinito e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi in una posizione finita oltre detta parete.

In tal modo, si ottiene che la radiazione raccolta à ̈ pressoché indipendente da eventuali spostamenti di detto oggetto trasparente, e questo consente una marcata affidabilità e robustezza della misura rispetto a oscillazioni e vibrazioni di detto oggetto.

In particolare, detta fase di raccogliere prevede una fase di focalizzazione in uscita di detta radiazione luminosa uscente risultante, in modo tale che la frazione raccolta di detta radiazione luminosa uscente risultante abbia energia sufficiente a ricavare, mediante detta fase di analizzare, lo spessore di detta parete.

In una forma realizzativa preferita, detta fase di raccogliere à ̈ realizzata mediante detti mezzi a lente che sono investiti da detta radiazione luminosa uscente in direzione opposta a detta direzione sorgente. In tal modo, gli stessi mezzi a lente non assialsimmetrici fungono contemporaneamente da mezzi di focalizzazione per la radiazione entrante, diretta verso la parete dell’oggetto, e da mezzi di focalizzazione per la radiazione riflessa in uscita dalla parete dell’oggetto.

Vantaggiosamente, detta fase di focalizzare prevede una fase di regolazione in posizione di detti mezzi a lente non assialsimmetrici per regolare la posizione di detto primo e secondo fuoco virtuale in modo tale da ottenere una di dette condizioni di focalizzazione ottimali. In tal modo, attraverso la regolazione in posizione dei mezzi a lente non assialsimmetrici, in una delle suddette condizioni di focalizzazione, à ̈ possibile ottimizzare la fase di raccolta, in particolare l’energia della radiazione luminosa uscente risultante e la qualità dell’interferenza tra la prima e seconda radiazione riflessa. Questo consente di ottimizzare inoltre la successiva fase di analisi e quindi l’accuratezza di misura dello spessore.

In particolare, detto oggetto trasparente à ̈ un tubo avente una parete tubolare, in particolare cilindrica, comprendente una superficie laterale esterna e una superficie laterale interna che definisce una cavità tubolare con un rispettivo asse, detta radiazione luminosa entrante incontrando per prima una porzione tubolare prossimale, in modo tale da determinare lo spessore di detta porzione tubolare prossimale in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima e seconda radiazione riflessa da detta porzione tubolare prossimale.

Nel caso in cui l’oggetto di cui si vuole misurare lo spessore sia un tubo risulta che detti meridiani principali sono l’uno parallelo e l’altro perpendicolare all’asse del tubo.

Vantaggiosamente, detta fase di predisporre una radiazione luminosa sorgente, di focalizzare in ingresso detta radiazione luminosa sorgente ottenendo una radiazione luminosa entrante diretta verso detta parete tubolare, di raccogliere una radiazione luminosa uscente e di analizzare detta radiazione luminosa uscente à ̈ effettuata per una pluralità di punti differenti tra loro in modo tale da rilevare per ciascuno di detti punti lo spessore della porzione tubolare prossimale frontalmente affacciata verso la rispettiva radiazione luminosa entrante.

In particolare, detta pluralità di punti sono angolarmente spaziati attorno a detto tubo. In tal modo, à ̈ possibile rilevare lo spessore del tubo di vetro in più punti angolarmente spaziati, e quindi ottenere la variazione di spessore del tubo in senso circonferenziale, rilevando in tal modo errori di forma, ad esempio mancanza di concentricità tra superficie la laterale interna ed esterna.

Alternativamente o in combinazione, detta pluralità di punti sono longitudinalmente spaziati tra loro lungo detto tubo. In tal modo, à ̈ possibile rilevare lo spessore del tubo contemporaneamente in più punti longitudinalmente spaziati tra loro, per aumentare il numero di punti di misura. In particolare, nel caso il tubo ruoti attorno al proprio asse e contemporaneamente avanzi longitudinalmente, à ̈ possibile ottenere la variazione di spessore del tubo in senso circonferenziale, rilevando in tal modo errori di forma e la loro evoluzione durante l’avanzamento. Quest’ultima soluzione deve prevedere un certo passo di avanzamento del tubo rispetto alla rotazione in modo da definire uno sviluppo ad elica, dato funzione del passo e della rotazione del tubo attorno al proprio asse, che sostanzialmente si differenzia dal passo del tubo durante la fase di formatura e quindi dal corrispettivo sviluppo ad elica di formatura. In tal modo, prevedendo passi differenziati à ̈ possibile misurare le differenze di spessore in quanto i punti di misura non giacciono sul medesimo sviluppo ad elica di formatura del tubo.

Una accurata mappatura con più punti in senso circonferenziale del tubo che porta a determinare un possibile errore di forma, può essere impiegata, ad esempio, per fasare tra loro irregolarità di forma nel caso in cui vengono accoppiate frontalmente tra loro le estremità di più tubi o porzioni di tubo. In tal modo, conoscendo la forma entrambe le estremità da accoppiare à ̈ possibile orientarle ruotandola attorno al proprio asse, in modo da ottenere un accoppiamento ottimale che può tipicamente realizzato per saldatura o incollaggio delle estremità.

In particolare, Ã ̈ prevista una fase di controllo della produzione di detto oggetto trasparente associata a detta fase di analizzare, tale che, sulla base del valore dello spessore rilevato, detta fase di controllo della produzione agisca e comandi una fase di formatura di detto oggetto, in particolare di detto tubo di vetro. In tal modo, Ã ̈ possibile correggere la fase di formatura del tubo di vetro in base allo scostamento da uno spessore predeterminato, oppure nel caso siano presenti errori di forma.

Più in particolare, detta fase di controllo della produzione di detto oggetto trasparente associata a detta fase di analizzare, analizza e correla tra loro gli spessori determinati per detta pluralità di punti, angolarmente e/o longitudinalmente spaziati attorno a detto tubo, e in presenza di errori di spessore o di forma del tubo, regola il processo di formatura conseguentemente. Ad esempio, in caso di produzione continua di tubo in vetro che prevede un orifizio di colata entro il quale à ̈ sospesa un elemento formatore del tubo, detta fase di controllo prevede un controllo in retroazione della posizione di detto elemento formatore.

Vantaggiosamente, nel caso di detto tubo, detta radiazione luminosa entrante incontra una prima volta detta parete tubolare in corrispondenza di una porzione tubolare prossimale, in parte attraversa detta porzione tubolare prossimale di detta parete tubolare e entra in detta cavità tubolare formando una seconda radiazione entrante. Detta seconda radiazione entrante attraversa la cavità e incontra una porzione tubolare distale di detta parete, ed à ̈ focalizzata in modo che:

- incida su una interfaccia prossimale di detta porzione tubolare distale,

- venga in parte riflessa da detta interfaccia prossimale di detta porzione tubolare distale in modo da generare una terza radiazione riflessa, - attraversi in parte detto materiale trasparente di detta parete incontrando una interfaccia distale di detta porzione tubolare distale e venga in parte riflessa da detta interfaccia distale;

- attraversi nuovamente detto materiale trasparente di detta parete incontrando detta interfaccia prossimale e attraversi detta interfaccia prossimale generando un quarta radiazione riflessa;

- detta terza e quarta radiazione riflessa attraversino detta cavità e detta porzione tubolare prossimale generando una quinta e sesta radiazione riflessa che si sovrappongono a detta prima e seconda radiazione riflessa,

in modo che detta radiazione luminosa uscente risultante à ̈ ottenuta dalla sovrapposizione di detta prima e seconda radiazione riflessa, nonché di dette quinta e sesta radiazione riflessa, e detta fase di analizzare detta radiazione luminosa uscente risultante con metodologie spettroscopiche à ̈ atta a determinare entrambi gli spessori di detta porzione tubolare prossimale e di detta porzione tubolare distale di parete in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima, seconda, quinta e sesta radiazione riflessa.

In tal modo, à ̈ possibile determinare lo spessore della porzione prossimale e della porzione distale del tubo mediante una unica misura. Il valore di entrambi gli spessori à ̈ determinato selezionando e identificando sulla radiazione uscente, ossia sullo spettro di interferenza tra la prima, seconda, quinta e sesta radiazione riflessa, le informazioni di spessore rilevanti la porzione prossimale e quella distale.

In tal caso, detta fase di focalizzare prevede una tra le seguenti condizioni:

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare prossimale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito;

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova internamente a detto tubo ossia oltre detta porzione tubolare prossimale e prima di detto asse, e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito;

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova internamente a detto tubo ossia oltre detta porzione tubolare prossimale e in corrispondenza di detto asse, e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito;

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova internamente a detto tubo oltre detto asse, e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito;

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare distale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito;

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova oltre detta porzione tubolare distale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito;

- detto primo/secondo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare prossimale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare distale.

In tal modo, si ottiene che la radiazione raccolta contiene sufficiente energia per determinare, attraverso detta fase di analisi, lo spessore sia della porzione tubolare prossimale sia della porzione tubolare distale del tubo con un buon grado di affidabilità e robustezza della misura rispetto a oscillazioni e vibrazioni di detto tubo. In tal modo, con la doppia misura contemporanea dello spessore sulla porzione tubolare prossimale e sulla porzione tubolare distale à ̈ possibile ottenere misure corrispondenti a porzioni opposte tra loro rispetto all’asse del tubo per ciascun punto di applicazione della radiazione incidente e quindi un numero doppio di punti di misura a parità di strumenti di misura. In tal caso, la fase di regolazione in posizione dei mezzi a lente non assialsimmetrici à ̈ tale da regolare la posizione di detto primo e secondo fuoco virtuale in modo da ottimizzare le caratteristiche di interferenza tra la prima, seconda, quinta e sesta radiazione riflessa e l’energia raccolta per esse. Più in particolare, la regolazione in posizione consente di selezionare i segnali di interferenza relativi alla porzione tubolare prossimale e alla porzione tubolare distale e di distinguerli tra loro. In altre parole, si avrà quindi una regolazione che tende ad evidenziare i segnali di interferenza tra la prima e seconda radiazione riflessa e tra la quinta e sesta radiazione riflessa.

In un altro aspetto dell’invenzione, viene fornita una apparecchiatura di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente, in particolare un oggetto curvo, detta parete comprendendo: un materiale trasparente, una interfaccia prossimale interposta tra l’ambiente e detto materiale trasparente, ed una interfaccia distale interposta tra detto materiale trasparente e detto ambiente da parte opposta a detta interfaccia prossimale,

detta apparecchiatura comprendendo:

- mezzi per emettere una radiazione luminosa sorgente; - mezzi per focalizzare detta radiazione luminosa sorgente atti ad ottenere una radiazione luminosa entrante diretta verso detta parete in modo che detta radiazione luminosa entrante:

- incida su detta interfaccia prossimale di detta parete,

- venga in parte riflessa da detta interfaccia prossimale in modo da generare un prima radiazione riflessa,

- attraversi in parte detto materiale trasparente incontrando detta interfaccia distale e venga in parte riflessa da detta interfaccia distale;

- attraversi in parte in senso inverso, dopo la riflessione su detta interfaccia distale, detto materiale trasparente incontrando nuovamente e attraversando detta interfaccia prossimale in modo da generare una seconda radiazione riflessa;

- mezzi per raccogliere una radiazione luminosa uscente risultante dalla sovrapposizione di detta prima e seconda radiazione riflessa;

- mezzi per analizzare detta radiazione luminosa uscente con metodologie spettroscopiche in modo da determinare lo spessore di detta parete in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima e seconda radiazione riflessa,

la cui caratteristica à ̈ che

detti mezzi per focalizzare comprendono mezzi a lente non assialsimmetrici per l’ottenimento di detta radiazione luminosa entrante, detti mezzi a lente non assialsimmetrici avendo due meridiani principali in modo tale che detta radiazione luminosa entrante sia focalizzata su un primo fuoco virtuale individuato da un primo meridiano in detta direzione sorgente, e su un secondo fuoco virtuale individuato dal secondo meridiano e dalla direzione sorgente.

In particolare, detti mezzi per focalizzare sono atti a ottenere una tra le seguenti condizioni:

- che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi in una posizione finita oltre detta parete e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente in detta parete;

- che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente all’infinito e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente in detta parete;

- che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente all’infinito e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi in una posizione finita oltre detta parete.

In particolare, detti mezzi per raccogliere prevedono mezzi per focalizzazione in uscita detta radiazione luminosa uscente risultante, in modo tale che l’energia di detta radiazione luminosa uscente risultante consenta di ottimizzare le caratteristiche di interferenza e di ricavare, mediante detti mezzi per analizzare, lo spessore di detta parete.

In una forma realizzativa preferita, detti mezzi per raccogliere sono realizzati mediante detti mezzi a lente non assialsimmetrici che sono investiti da detta radiazione luminosa uscente in direzione opposta a detta direzione sorgente. In tal modo, detti mezzi per focalizzare detta radiazione entrante e detti mezzi per raccogliere detta radiazione uscente coincidono.

Vantaggiosamente, detti mezzi per emettere e detti mezzi a lente non assialsimmetrici sono collegati tra loro tramite accoppiamento in fibra ottica, in particolare monomodo.

In particolare, detti mezzi per raccogliere e detti mezzi per analizzare sono tra loro collegati tramite accoppiamento in fibra ottica, in particolare monomodo.

Con analogo vantaggio, detti mezzi per emettere e detti mezzi per analizzare, ciascuno accoppiato in fibra ottica, sono alloggiati nella medesima unità ottica centrale, provvista di uno o più connettori in fibra ottica.

Preferibilmente, detti mezzi per emettere e detti mezzi per analizzare accoppiati in fibra ottica, sono connessi tramite un dispositivo divisore di fascio ad un’unica fibra ottica che funge simultaneamente da accoppiamento in uscita per la radiazione emessa da detti mezzi per emettere, e da accoppiamento in ingresso per detti mezzi per analizzare.

Vantaggiosamente, detti mezzi per focalizzare e detti mezzi per raccogliere la radiazione, in particolare coincidenti tra loro, unitamente ai dispositivi di accoppiamento in fibra ottica, sono integrati in una sonda di rilevazione provvista di uno o più connettori per fibra ottica monomodo.

Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di regolazione in posizione di detti mezzi a lente non assialsimmetrici per regolare la posizione di detto primo e secondo fuoco virtuale in modo tale da ottenere una condizione di focalizzazione ottimale.

Preferibilmente, detta sonda comprende mezzi di rilevazione della distanza tra detti mezzi di focalizzazione e detto oggetto, in particolare tra detta sonda di rilevazione e detto oggetto, detti mezzi di rilevazione della distanza essendo associati a detti mezzi di regolazione della posizione. In tal modo, à ̈ possibile regolare con maggiore precisione la distanza tra i mezzi a lente e l’oggetto, in particolare il tubo di vetro, in modo tale da regolare la focalizzazione e ottenere una radiazione luminosa uscente con energia e caratteristiche di interferenza ottimali.

In particolare, detto oggetto trasparente à ̈ un tubo avente una parete tubolare, in particolare cilindrica, comprendente una superficie laterale esterna e una superficie laterale interna che definisce una cavità tubolare con un rispettivo asse, ed à ̈ prevista almeno una sonda di rilevazione disposta affacciata verso una porzione prossimale di detto tubo, per cui detta radiazione luminosa entrante incontra detta porzione tubolare prossimale, in modo tale da determinare lo spessore di detta porzione tubolare prossimale in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima e seconda radiazione riflessa.

Vantaggiosamente, sono previste una pluralità di sonde atte a misurare una pluralità di punti differenti tra loro in modo tale da rilevare per ciascuno di detti punti lo spessore della rispettiva porzione tubolare prossimale. In particolare, detta pluralità di punti sono angolarmente spaziati attorno a detto tubo. Alternativamente o in combinazione, detta pluralità di punti sono longitudinalmente spaziati tra loro lungo detto tubo. In tal modo, utilizzando più sonde di rilevazione à ̈ possibile rilevare errori di forma del tubo di vetro e parametri di robustezza della parete del tubo stesso.

Alternativamente o in combinazione, sono previsti mezzi per variare la posizione relativa, angolarmente e/o longitudinalmente, di detto tubo rispetto a detta sonda di rilevazione o a detta pluralità di sonde di rilevazione, in modo tale da ottenere la misura di spessore in una pluralità di punti di misura differenti tra loro.

In particolare, detta pluralità di sonde à ̈ collegata ad una unità ottica centrale mediante un multiplexer ottico in modo che, secondo uno schema a divisione di tempo, ciascuna sonda, a rotazione, riceva la radiazione da focalizzare sul campione, e restituisca la radiazione riflessa da analizzare, per un tempo adeguato ad ottenere una misura sufficientemente accurata. In tal modo, à ̈ possibile emettere e analizzare i segnali provenienti da più sonde mediante una singola unità ottica centrale con rilevante vantaggio sui costi dell’apparecchiatura.

Inoltre, tale soluzione à ̈ vantaggiosa anche dal punto di vista dell’uso e in particolare della verifica di taratura dello strumento, in quanto il risultato della misura dipende tipicamente dalle caratteristiche della sorgente e dall’analizzatore di spettro, che sono comuni a tutte le sonde.

In particolare, sono previsti mezzi di controllo della produzione di detto oggetto trasparente associata a detti mezzi per analizzare, tali che, sulla base del valore dello spessore rilevato, detti mezzi di controllo della produzione agiscono e comandano mezzi di formatura di detto oggetto, in particolare di detto tubo di vetro. In tal modo, Ã ̈ possibile regolare la fase di formatura del tubo di vetro in base allo scostamento da uno spessore predeterminato.

Più in particolare, detti mezzi di controllo della produzione analizzano e correlano tra loro gli spessori determinati da dette sonde per detta pluralità di punti angolarmente e/o longitudinalmente spaziati attorno a detto tubo, e in presenza di errori di spessore o di forma del tubo regolano il processo di formatura conseguentemente. Ad esempio, in caso di produzione di tubo in vetro continuo che prevede un orifizio di colata entro il quale à ̈ sospesa un elemento formatore del tubo, detti mezzi di controllo sono atti a controllare in retroazione la posizione di detto elemento formatore.

In una forma realizzativa preferita, ciascuna di dette sonde à ̈ atta a rilevare lo spessore di detta porzione tubolare prossimale e di detta porzione tubolare distale opposta a detta porzione tubolare prossimale, secondo le fasi del suddetto metodo. In tal modo, a parità del numero di sonde disposte intorno al tubo e all’eventuale molteplicità di punti di misura ottenuti grazie alla movimentazione delle sonde rispetto al tubo, si ottiene un ulteriore raddoppio del numero di misure. Ne consegue un vantaggio economico aggiuntivo nella realizzazione della apparecchiatura di misura.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra una vista schematica di una apparecchiatura, secondo l'invenzione, comprendente una sonda di rilevazione ottica atta a misurare lo spessore di una parete di un oggetto trasparente generico, in particolare un oggetto con superficie curva, comprendente una sorgente luminosa qui e di seguito schematizzata come una lampadina;

- la figura 2 mostra una vista esplosa della sonda di rilevazione ottica di figura 1, che evidenzia i componenti che permettono di ottenere un fascio entrante diretto sulla parete e di ricevere la radiazione riflessa dalla stessa parete, nella presente figura à ̈ rappresentata una prima forma realizzativa di mezzi di focalizzazione non assialsimmetrici;

- la figura 2A mostra una vista schematica della focalizzazione di una radiazione luminosa sorgente che consente di ottenere una radiazione luminosa entrante diretta verso la parete di cui si vuole misurare lo spessore;

- la figura 2B mostra un diagramma a blocchi che descrive le principali fasi seguite dall'algoritmo per calcolare lo spessore della parete dell'oggetto a partire dal segnale riflesso rilevato dalla sonda ottica;

- la figura 2C mostra un diagramma funzione della frequenza o lunghezza d’onda come prodotto dallo spettrometro e raccolto da un idoneo dispositivo di acquisizione immagini;

- la figura 2D mostra un diagramma in funzione del tempo che mostra un picco di interferenza ricavata da una analisi numerica del diagramma di figura 2C, da cui si ricava lo spessore della parete dell'oggetto;

- le figure 3 e 3’ mostrano schematicamente le possibili configurazioni di focalizzazione confocali per riflessione, con riferimento a un meridiano di curvatura R.

- le figure dalla 3A alla 3C mostrano schematicamente le configurazioni di focalizzazione del fascio di luce sorgente che colpisce l’oggetto; nelle presenti figure à ̈ rappresentata una seconda forma realizzativa di mezzi di focalizzazione non assialsimmetrici;

- la figura 4 mostra una vista schematica dell’apparecchiatura di misura dello spessore di figura 1, applicata alla misura di almeno un punto lo spessore di un tubo di vetro;

- la figura 5 mostra una vista schematica di una variante dell'apparecchiatura di misura dello spessore di figura 4, che comprende più sonde di rilevazione ottiche in modo da determinare lo spessore in più punti disposti circonferenzialmente su un tubo; la doppia riflessione su ciascuna parete à ̈ semplificata;

- la figura 5A mostra una vista prospettica dell’apparecchiatura di misura dello spessore di figura 5, con più sonde di rilevazione disposta su una linea di avanzamento in continuo del tubo di vetro;

- la figura 6 mostra una vista esplosa della sonda di rilevazione ottica e delle radiazioni incidenti e riflesse per la misura dello spessore su una porzione tubolare prossimale e distale opposte tra loro di un medesimo tubo;

- la figura 7 mostra un diagramma in funzione del tempo che mostra un primo ed un secondo picco di interferenza, da cui si ricavano gli spessori delle porzioni tubolari prossimali e distali del tubo;

- le figure dalla 8 alla 8I mostrano schematicamente le configurazioni di focalizzazione della radiazione sorgente che colpisce un tubo di vetro adatte a determinare lo spessore di una parete prossimale e contemporaneamente la parete prossimale e distale del tubo;

- la figura 9 mostra una vista schematica di una variante dell'apparecchiatura di misura dello spessore di figura 7, che comprende due sonde di rilevazione ottiche che misurano ciascuna entrambi gli spessori prossimale e distale in modo da determinare lo spessore nel tubo di vetro in quattro punti differenti, le riflessioni su ciascuna parete sono semplificate;

- la figura 10 mostra in vista schematica mezzi di controllo a programma associati all’apparecchiatura di misura dello spessore in modo da controllare in retroazione difetti di soffiatura nel tubo di vetro; - le figure 11 e 11A mostrano in una vista sezionata mezzi di formatura del tubo di vetro associati ai mezzi di controllo di figura 10;

- le figure 12 e 12A mostrano rispettivamente un confronto tra un tubo di vetro a sezione costante ed un tubo di vetro che presenta un difetto di forma, in particolare un difetto di non concentricità tra la superficie interna e la superficie esterna.

Descrizione delle forme realizzative preferite

Con riferimento alla figura 1, à ̈ rappresentata una apparecchiatura di misura dello spessore 100 per una parete 35 di un oggetto trasparente generico 30, in particolare un oggetto curvo, atta a realizzare un relativo metodo di misura. In particolare, la parete 35 à ̈ formata da materiale trasparente 35a interposto fra una interfaccia prossimale 31, compresa tra un ambiente 33 e il materiale trasparente 35a, ed una interfaccia distale 32, compresa tra il materiale trasparente 35a e l’ambiente 33.

Più in particolare, l’apparecchiatura di misura dello spessore 100 comprende una sorgente 1 di una radiazione luminosa sorgente 2 in una direzione sorgente predeterminata 3 e mezzi per focalizzare 10 (Fig.2) la radiazione luminosa sorgente 2 in modo da ottenere una radiazione luminosa entrante 5 diretta verso la parete 35.

La sorgente 1 à ̈ ad esempio un diodo superluminescente. Più in particolare, la radiazione luminosa sorgente 2 à ̈ trasmessa attraverso una fibra ottica 25, in particolare una fibra monomodo, ed incide sui mezzi per focalizzare 10 (Fig.2) in modo da ottenere la radiazione luminosa entrante 5. Come meglio mostrato in figura 2, la radiazione luminosa entrante 5 incide sulla interfaccia prossimale 31 della parete 35 dell’oggetto e viene in parte riflessa dalla interfaccia prossimale 31 in modo da generare un prima radiazione riflessa 6. Una considerevole parte della radiazione luminosa entrante 5 viene trasmessa 7, attraverso il materiale trasparente 35a della parete 35, incontrando l’interfaccia distale 32, e viene a sua volta riflessa 8 dalla interfaccia distale 32. La radiazione 7 genera inoltre una radiazione trasmessa 7’ che viene trasmessa oltre l’interfaccia distale 32. La radiazione riflessa 8 invece, attraversa nuovamente in senso inverso il materiale trasparente 35a della parete 35 incontrando nuovamente e attraversando la interfaccia prossimale 31, in modo da generare una seconda radiazione riflessa 9. Anche in tal caso, la radiazione 8 incontrando l’interfaccia prossimale 31 genera una ulteriore componente riflessa 8’. Ad esempio, nel caso di un materiale come il vetro, si ottiene che, partendo da una radiazione luminosa entrante 5 con intensità pari al 100%, la prima radiazione riflessa 6 avrà una intensità pari al 4%, mentre la componente trasmessa 7 una intensità del 96%. A sua volta, la componente trasmessa 7 verrà nuovamente trasmessa 7’ e riflessa 8, perdendo una stessa percentuale proporzionata all’intensità 96% della radiazione incidente. La radiazione riflessa 8, attraversando nuovamente l’interfaccia prossimale 31, genera la seconda radiazione riflessa 9 che avrà una intensità di circa 3.8%. Risulta quindi, che la prima 6 e la seconda 9 radiazione riflessa hanno una differenza di intensità adatta ad ottenere un buon grado di interferenza, che consente di determinare lo spessore della parete 35, come successivamente descritto.

In aggiunta, l’apparecchiatura di misura dello spessore 100 comprende mezzi per raccogliere 40 una radiazione luminosa uscente 15 risultante dalla sovrapposizione della prima 6 e seconda 9 radiazione riflessa e mezzi per analizzare 50 (Fig.1) la radiazione luminosa uscente 15 con metodologie spettroscopiche in modo da determinare lo spessore s della parete 35 in base alle caratteristiche di interferenza tra la prima 6 e la seconda 9 radiazione riflessa, come successivamente descritto in dettaglio.

Più precisamente, i mezzi per raccogliere 40 comprendono mezzi di focalizzazione in uscita della radiazione luminosa uscente 15 risultante, in modo tale che la frazione raccolta della radiazione luminosa uscente 15 risultante abbia potenza sufficiente a ricavare, mediante i mezzi di analisi, lo spessore s della parete 35. In una forma realizzativa preferita, come mostrato in figura 2, i mezzi per raccogliere sono realizzati mediante i mezzi a lente 10 che sono investiti dalla radiazione luminosa uscente 15 in direzione opposta alla direzione sorgente 3. In tal modo, gli stessi mezzi a lente non assialsimmetrici 10 fungono contemporaneamente da mezzi di focalizzazione per la radiazione entrante 5, diretta verso la parete 35 dell’oggetto 30, e da mezzi di focalizzazione 10 per la radiazione riflessa in uscita 15 dalla parete 35 dell’oggetto. Affinché possano essere utilizzati gli stessi mezzi a lente 10 nei due sensi, occorre che la radiazione luminosa uscente 15 ritorni verso i mezzi di raccolta 40 divergendo con la stessa curvatura così come à ̈ stata fatta convergere la radiazione luminosa entrante 5. Tale condizione, denominata “confocalità per riflessione†, à ̈ da considerarsi separatamente per ciascuna delle componenti riflesse 6 e 9 (e, si veda più avanti, 17 e 18). In particolare, le rispettive interfacce 31 e 32 (e analogamente più avanti, 301a e 301b, 302a e 302b) sono sostanzialmente parallele (a coppie), e individuano quindi una parete (per ogni coppia di interfacce), la cui distanza dalla sonda à ̈ molto maggiore dello spessore s della parete 35, e si può quindi parlare di “confocalità per riflessione†con riferimento a ciascuna parete, come descritto in dettaglio successivamente.

Di conseguenza, come mostrato schematicamente in figura 2A, la focalizzazione della radiazione luminosa sorgente 2 prevede mezzi a lente 10 non assialsimmetrici per l’ottenimento della radiazione luminosa entrante 5. In particolare, la radiazione luminosa sorgente 2 in uscita dalla fibra ottica 25 à ̈ divergente e incide su una prima lente 11 in modo da ottenere una radiazione sostanzialmente collimata 2a che incide a sua volta sui mezzi a lente non assialsimmetrici 10.

Più in dettaglio, i mezzi a lente non assialsimmetrici 10 hanno due piani meridiani principali 10a, 10b ortogonali fra loro, in modo tale che la radiazione luminosa entrante 2a sia focalizzata su un primo fuoco virtuale F1nel primo piano meridiano 10a, e su un secondo fuoco virtuale F2nel secondo piano meridiano 10b. Frequentemente anche l’oggetto che si deve misurare presenta una curvatura localmente non assialsimmetrica, come ad esempio nel caso di una superficie di rotazione, in particolare un tubo o un contenitore per uso farmaceutico. In tal caso, anche per esso sono definiti piani meridiani, ed il sistema di focalizzazione viene convenientemente orientato in modo da far coincidere le giaciture dei piani meridiani dei mezzi a lente 10 con quelli dell’oggetto 30, pertanto à ̈ possibile fare riferimento ai piani meridiani 10a e 10b per i mezzi per focalizzare od alla parete 35 dell’oggetto, o senza riferimento alcuno, senza confusione. In tal modo, si ottiene che la radiazione raccolta 15 à ̈ pressoché indipendente da eventuali spostamenti dell’oggetto trasparente 30, e questo consente una marcata affidabilità e robustezza della misura rispetto a oscillazioni e vibrazioni dell’oggetto 30, come successivamente spiegato nel dettaglio.

In particolare, come mostrato nelle figure 3 e 3’, la “confocalità per riflessione†può essere ottenuta indipendentemente con riferimento a ciascuno dei due piani meridiani 10a, 10b, ottenendosi configurazioni monoottimali o bi-ottimali a seconda che la condizione sia ottenuta su uno o su entrambi i piani meridiani 10a, 10b, come successivamente descritto in dettaglio.

Su ciascun piano meridiano 10a, 10b si può ottenere riflessione confocale in due modi: mettendo a fuoco la radiazione luminosa entrante 5 in corrispondenza della parete (Fig. 3) oppure in prossimità del centro di curvatura C della parete 35 (Fig. 3’).

Con un generico oggetto con raggi di curvatura diversi sui due piani meridiani, solo la configurazione bi-ottimale focalizzata sulla superficie sarà ottenibile mediante mezzi a lente assialsimmetrici. Per tutte le altre combinazioni, sarà in generale necessario adottare un sistema di focalizzazione con lunghezze focali diverse sui due piani meridiani, ovverosia astigmatico, ottenibile in generale mediante i mezzi al lente 10 non assialsimmetrici.

Mediante prove pratiche, si dimostra che non à ̈ necessario in generale adottare configurazioni di focalizzazioni bi-ottimali. Queste esibiscono infatti una notevole efficienza energetica (elevata intensità del segnale di ritorno) ma anche una scarsa robustezza a disallineamenti o vibrazioni. Viceversa, configurazioni anche solo approssimativamente mono-ottimali consentono di ottenere una efficienza energetica sufficiente, sia pure aumentando la potenza della sorgente, accompagnata ad una elevata robustezza rispetto al disallineamento del sistema. Precisamente, si rinuncia alla condizione di confocalità per riflessione relativa al meridiano lungo il quale sono possibili disallineamenti.

Nelle figure dalla 3A alla 3C, sono rappresentate schematicamente diverse soluzioni di focalizzazione della radiazione sorgente 5 ottenute in funzione delle condizioni di operabilità della linea produttiva sulla quale viene predisposta l’apparecchiatura, della tipologia di oggetto 30 di cui si vuole misurare lo spessore, della tipologia di materiale trasparente o vetro, ecc.

In una prima condizione di focalizzazione, mostrata in figura 3, la lente di focalizzazione 10 fa convergere la radiazione à ̈ fatta convergere in un primo fuoco virtuale F1sostanzialmente sulla parete 35 e in un secondo fuoco virtuale F2in una posizione finita oltre la parete 35. Tale configurazione, può essere ottenuta ad esempio accoppiando tra loro due lenti cilindriche 12, 13 ruotate di 90° l’una rispetto all’altra.

È utile precisare che la rappresentazione dei punti di focalizzazione F1, F2à ̈ puramente schematica e ideale e non mostra le deflessioni che subisce la radiazione luminosa entrante 5 nell’attraversamento delle varie interfacce del materiale trasparente. Infatti, su ciascun piano meridiano 10a, 10b, per ottenere che la radiazione luminosa entrante 5 sia focalizzata in un punto oltre la parete 35, la radiazione luminosa entrante 5 deve essere fatta convergere verso un punto che si trova ad una distanza leggermente inferiore (o superiore) rispetto al punto di focalizzazione effettivo in quanto la parete può fungere da lente divergente (o convergente) e per tanto allontana (avvicina) il fuoco effettivo.

Ad esempio, per ottenere che la focalizzazione nel piano meridiano verticale 10a sia in corrispondenza della porzione tubolare distale 300b, la radiazione incidente deve essere fatta convergere verso un punto che si trova tra l’asse del tubo O e la porzione tubolare distale 300b, ma prima di essa, in quanto la porzione tubolare prossimale 300a funge da lente divergente e pertanto allontana il fuoco effettivo.

In una seconda condizione, il primo fuoco virtuale F1si trova sostanzialmente sulla parete 35 e il secondo fuoco virtuale F2si trova sostanzialmente all’infinito (Fig.3A). In tal caso, il fuoco F1può trovarsi in prossimità della parete 35 o all’interno del suo spessore. Più in particolare, il range di profondità di fuoco attorno a tale posizione del fuoco F2ha un ampiezza di circa /- 4 mm, ovvero il fuoco F2può trovarsi fino a 4mm prima o dopo la parete 35.

In una terza condizione, ottenuta ruotando entrambe le lenti 12, 13 di 90° attorno al loro asse ed eventualmente avvicinando l’oggetto 30, il primo fuoco virtuale F1si trova sostanzialmente all’infinito e il secondo fuoco virtuale F2si trova in una posizione finita oltre la parete 35, oltre il suddetto range di profondità, in particolare nel centro di curvatura della parete definito dal secondo piano meridiano 10b. (Fig.3B). Nella figura 3B sono indicati i raggi di curvatura R1, R2della parete 35 dell’oggetto 30.

La configurazione che si ottiene da Fig.3B accorciando la distanza focale da infinito ad una posizione finita (Figura 3C), mostra vantaggi analoghi in termini di robustezza alle vibrazioni, ma con una maggiore intensità del segnale di ritorno.

In particolare, le configurazioni descritte nella Figure 3B e 3C sono ottenute semplicemente regolando la distanza dei mezzi a lente 10 rispetto all’oggetto 30, in modo da spostare il punto in cui cade il primo fuoco virtuale F1.Tali configurazioni sono ottenute ruotando di 90° le lenti 12, 13 attorno all’asse ottico.

Le lenti 12, 13 sono inoltre regolabili in posizione l’una rispetto all’altra.

Nei suddetti casi, come sopraenunciato, à ̈ possibile utilizzare una sola lente o un insieme di lenti 12, 13 in cui almeno una lente à ̈ non assial-simmetrica, ovvero astigmatica, ottenendo che la radiazione raccolta 15 à ̈ pressoché indipendente da eventuali spostamenti dell’oggetto trasparente 30, e questo consente una marcata affidabilità e precisione della misura su una linea di produzione continua. In particolare, si ottiene che la radiazione riflessa uscente 15, data dalla sovrapposizione delle radiazioni riflesse 6 e 9 dalla parete 35 dell’oggetto, risulta sufficientemente intensa da essere analizzata mediante spettroscopia in modo da determinare lo spessore della parete 35 stessa.

Dal punto di vista costruttivo, come mostrato nella figura 2, la fibra ottica 25, la lente 11 e la lente non assial-simmetrica 10, insieme ai mezzi per raccogliere 40 la radiazione uscente 15, sono integrati in una sonda di rilevazione 20 provvista di uno o più connettori per fibra ottica mono-modo 21 (Fig.2A). In tal modo, la fibra ottica 25 collega la sorgente 1 con la sonda di rilevazione 20, (percorso ottico 26) e viceversa la sonda di rilevazione 20 con i mezzi di analisi 50 (percorso ottico 27).

In modo vantaggioso, i mezzi a lente 10, 11 come mostrato schematicamente in figura 3, sono associati a mezzi di regolazione della posizione 90 atti a regolare la posizione del primo F1e secondo F2fuoco virtuale, in modo tale da ottenere una delle suddette condizioni di focalizzazione ottimali. In tal modo, attraverso la regolazione in posizione dei mezzi a lente 10, 11 Ã ̈ possibile ottimizzare la frazione della radiazione luminosa uscente 15 raccolta per effetto dei mezzi 40. Questo consente inoltre di ottimizzare le caratteristiche di interferenza tra la prima 6 e seconda 9 radiazione riflessa e la successiva fase di analisi e quindi ottenere una migliore accuratezza di misura dello spessore s della parete 35.

La sonda 20 comprende inoltre mezzi di rilevazione della distanza 180, ad esempio un sensore ad ultrasuoni (Fig.2), che determinano la distanza tra i mezzi di focalizzazione 10 e l’oggetto 30, associati ai mezzi di regolazione della posizione 90 (Fig.3A e 8). In tal modo, à ̈ possibile regolare con maggiore precisione la distanza tra la sonda 20 e l’oggetto 30, in particolare il tubo di vetro, in modo tale da regolare la focalizzazione e ottenere una radiazione luminosa uscente 15 con caratteristiche di interferenza ottimali.

Ancora più in particolare, la sorgente 1 e i mezzi per analizzare 50 sono collegati alla medesima fibra ottica 25 tramite un dispositivo divisore di fascio 49, che funge simultaneamente da accoppiamento in uscita per la radiazione emessa dalla sorgente 1, lungo il percorso ottico 26, e da accoppiamento in ingresso per i mezzi per analizzare 50, lungo il percorso ottico 27. Risulta quindi, che la radiazione riflessa uscente 15 dalla parete 35 attraversa in verso opposto i mezzi a lente 10 e la fibra ottica 25 collegata ai mezzi per analizzare 50. Con ulteriore vantaggio, la sorgente 1 e i mezzi per analizzare 50, ciascuno accoppiato in fibra ottica, sono alloggiati in una medesima unità ottica centrale 200 (Fig.1).

In tal modo, la radiazione riflessa data dalla sovrapposizione della prima 6 e la seconda 9 radiazione riflessa dalla parete 35 attraversa in senso contrario la fibra ottica 25 fino ad arrivare al divisore di fascio 49, o beam splitter, che lo devia generando un segnale ottico che passa attraverso il percorso ottico 27, verso i mezzi di analisi 50. Il segnale ottico sul percorso ottico 27 passa attraverso un dispositivo analizzatore di spettro 46, ad esempio un grating, e genera su un idoneo dispositivo di acquisizione di immagine, ad esempio CCD, uno spettro a pettine 53 (figura 2C) con bande di interferenza spaziate tra loro secondo una distanza Δ λ inversamente proporzionale al ritardo spaziale 2ns della radiazione 9 rispetto alla radiazione 6, che colpiscono rispettivamente la prima 31 e la seconda 32 interfaccia della parete 35. Più in particolare, l’andamento di intensità (figura 2C’)di tale spettro, rappresenta la densità spettrale di potenza ottica I in funzione della lunghezza d’onda o della frequenza della radiazione (figura 2C’), e mostra un alternarsi di picchi finemente equispaziati con passo ( Δ λ oppure Δf ):

ï€1⁄2<c o>

<oppure>ï „f

2 sn

in cui ï ¬0 à ̈ la lunghezza d’onda della luce sorgente;

n à ̈ l’indice di rifrazione del materiale trasparente;

s à ̈ lo spessore della parete 35 dell’oggetto 30;

c0à ̈ la velocità della luce.

L’andamento di figura 2C’, viene a sua volta analizzato numericamente, ad esempio mediante trasformata discreta di Fourier (DFT), ottenendo un grafico in funzione del tempo (Fig.2D) che mostra tra l’altro un picco 15a la cui ascissa à ̈ riferibile direttamente all’inverso del passo dello spetto 53 di figura 2C, che à ̈ direttamente proporzionale al ritardo spaziale 2ns.

In formule:

<2 s>

ï „t ï€1⁄21/ ï „f ï€1⁄2

co/ n

rappresenta il ritardo temporale Δt corrispondente al suddetto ritardo spaziale 2ns e dal quale conoscendo l’indice di rifrazione n del materiale, si ricava lo spessore s.

Più in generale, secondo lo schema a blocchi di figura 2B, dallo spettro a pettine 53 si ottiene un segnale in uscita 55 che viene elaborato da un microprocessore 60 che esegue un algoritmo. In particolare, l’algoritmo esegue la suddetta trasformata di Fourier discreta sullo spettro a pettine 53 associandolo con alcuni parametri di ingresso 62. Tali parametri 62 sono relativi principalmente all’indice di rifrazione n, alla geometria dell'oggetto 30 oltreché alla lunghezza d'onda del fascio di luce incidente, all’angolo di incidenza, tipicamente ortogonale, ecc.

In uscita dal microprocessore 60, si ottiene un valore 65, visualizzabile su un display 80, che rappresenta lo spessore s della parete 35 dell'oggetto trasparente 30.

Come mostrato nella figura 4, in una particolare applicazione dell’apparecchiatura di misura 11 dello spessore, l’oggetto trasparente à ̈ un tubo 300, ad esempio un tubo di vetro, con una parete tubolare 350, in particolare cilindrica, comprendente una superficie laterale esterna 301 e una superficie laterale interna 302 che definisce una cavità tubolare 303 con un rispettivo asse longitudinale O. In tal modo, la radiazione luminosa entrante incontra per prima una porzione tubolare prossimale 300a, in modo tale da determinare lo spessore della stessa in base alle caratteristiche di interferenza tra la prima 6 e seconda 9 radiazione riflessa dalla porzione tubolare prossimale 300a. In tal caso, in modo non mostrato, risulta che i meridiani principali sono l’uno parallelo e l’altro perpendicolare all’asse O del tubo 300.

In una possibile forma realizzativa, dell’apparecchiatura 100, mostrata in figura 5, sono previste una pluralità di sonde, in particolare quattro sonde di rilevazione ottica 20a, 20b, 20c e 20d atte a misurare una pluralità di punti differenti tra loro in modo tale da rilevare per ciascuno dei punti lo spessore della rispettiva porzione tubolare prossimale. In particolare, la pluralità di punti sono angolarmente spaziati attorno al tubo 300. In tal modo, à ̈ possibile rilevare lo spessore del tubo di vetro in più punti angolarmente spaziati, e quindi ottenere il profilo di spessore del tubo in senso circonferenziale, rilevando in tal modo errori di forma, ad esempio mancanza di concentricità tra superficie laterale interna 302 ed esterna 301.

Alternativamente, o in combinazione, in modo non mostrato, la pluralità di punti di misura sono longitudinalmente spaziati tra loro lungo il tubo 300. In tal modo, à ̈ possibile rilevare lo spessore del tubo contemporaneamente in più punti longitudinalmente spaziati tra loro, per aumentare il numero di punti di misura.

Alternativamente, o in combinazione, à ̈ possibile ottenere una molteplicità di punti di misura in istanti successivi, sfruttando il movimento di traslazione o di rotazione imposto all’oggetto 30 o al tubo 300 da idoneo sistema di movimentazione o dalle macchine della linea di produzione stesse, come mostrato nelle figure dalla 5A alla 5C. In tal modo, à ̈ possibile controllare ad esempio lo spessore di una estremità di una fiale in ambito farmaceutico, già dopo averla riempita. Più in particolare, ciascuna sonda di rilevazione à ̈ dotata di rispettive fibre ottiche, in particolare quattro 25a, 25b, 25c e 25d che servono, come sopradescritto, per inviare la radiazione entrante 5 e raccogliere la radiazione uscente 15, in modo da ottenere i segnali ottici 27a, 27b, 27c e 27d. In particolare, le sonde 20a, 20b, 20c e 20d sono collegate alla unità ottica centrale 200 mediante un multiplexer ottico 70 in modo che, secondo uno schema a divisione di tempo, ciascuna sonda, a rotazione, riceva la radiazione 5 da focalizzare sul tubo 300, e restituisca la radiazione riflessa da analizzare 27a, 27b, 27c e 27d ai mezzi di analisi 50, passando per un medesimo percorso ottico 29, per un tempo adeguato ad ottenere una misura sufficientemente accurata. In tal modo, à ̈ possibile emettere e analizzare i segnali provenienti da più sonde mediante una singola unità ottica centrale con rilevante vantaggio sui costi dell’apparecchiatura. Inoltre, tale soluzione à ̈ vantaggiosa anche dal punto di vista dell’uso e in particolare della verifica di taratura dello strumento, in quanto il risultato della misura dipende tipicamente dalle caratteristiche della sorgente e dall’analizzatore di spettro, che sono comuni a tutte le sonde.

Tale soluzione consente di rilevare lo spessore delle pareti di un tubo 300 in una molteplicità di punti, in particolare quattro, distinti tra loro. Si otterranno in uscita rispettivi segnali 55a, 55b, 55c e 55d restituiti dai mezzi di analisi 50 e elaborati attraverso l’algoritmo 60 in modo da ottenere corrispondenti segnali di spessore 65a, 65b, 65c e 65d.

Tale configurazione consente inoltre, confrontando tra loro i valori degli spessori s delle porzioni prossimali 300a di ciascuna sonda 20a, 20b, 20c e 20d di rilevare un possibile difetto di forma del tubo di vetro 300, dato, ad esempio, dalla non concentricità tra la parete interna 302 e la parete esterna 301. Risulta infatti che, misurando lo spessore della parete del tubo su almeno tre punti angolarmente spaziati attorno al tubo 300 à ̈ possibile determinare un eventuale errore di forma, in particolare di non concentricità tra la superficie interna ed esterna del tubo stesso. Aumentando il numero di punti di misura lungo la circonferenza à ̈ possibile incrementare l’accuratezza della misura e quindi l’affidabilità della successiva fase di controllo a feedback della produzione.

In una ulteriore forma realizzativa, mostrata nella figura 6, ciascuna sonda 20 à ̈ atta a rilevare lo spessore nel tubo 300 in modo tale da rilevare lo spessore della porzione tubolare prossimale 300b e di una porzione tubolare distale 300b opposta alla porzione tubolare prossimale 300a. In tal caso, la radiazione luminosa entrante 5 incontra una prima volta la parete tubolare 350 in corrispondenza della porzione tubolare prossimale 300a, in parte attraversa la porzione tubolare prossimale 300a e entra nella cavità tubolare 303 dando luogo ad una seconda radiazione entrante 7’. La seconda radiazione entrante 7’ attraversa la cavità 303 e incontra la porzione tubolare distale 300b della parete 350, quindi incide su una interfaccia prossimale 302a della porzione tubolare distale 300b, viene in parte riflessa dalla interfaccia prossimale 302a in modo da generare una terza radiazione riflessa 12 e attraversare 13 in parte il materiale trasparente della parete incontrando una interfaccia distale 302b della porzione tubolare distale 300b. Allo stesso modo, la radiazione 13 viene in parte riflessa dalla interfaccia distale 302b, generando la radiazione 14 che attraversa nuovamente il materiale trasparente della parete 350 incontrando nuovamente l’interfaccia prossimale 302a e la attraversa generando un quarta radiazione riflessa 16.

La terza 12 e quarta 16 radiazione riflessa attraversano nuovamente la cavità 303 e la porzione tubolare prossimale 300a generando una quinta 17 e sesta 18 radiazione riflessa che si sovrappongono alla prima 6 e seconda 9 radiazione. Si omette la descrizione delle ulteriori riflessioni che avvengono sulle interfacce prossimale 301a e distale 310b della parete prossimale, che avvengono con medesimo principio delle riflessioni descritte per l’oggetto 30, in figura 2. In particolare, la quinta 17 e sesta 18 radiazione riflessa derivano dalle radiazioni 12’ e 16’ che attraversano nuovamente il materiale trasparente della porzione tubolare prossimale 300a. In tal caso, la radiazione luminosa uscente 15’ à ̈ ottenuta dalla sovrapposizione della prima 6 e seconda 9 radiazione riflessa, nonché della quinta 17 e sesta 18 radiazione riflessa.

I mezzi per analizzare 50 sono atti in tal caso ad analizzare con metodologie spettroscopiche la radiazione luminosa uscente 15’ per determinare lo spessore della porzione tubolare prossimale 300a e della porzione tubolare distale 300b in base alle caratteristiche o modalità di interferenza tra la prima 6, la seconda 9, la quinta 16 e sesta 17 radiazione riflessa. In tal modo, à ̈ possibile ottenere la misura dello spessore in un maggior numero di punti a parità di sonde impiegate.

In particolare, per effetto della presenza della seconda coppia di radiazioni riflesse 17 e 18, interferenti fra loro, la determinazione dello spessore di cui alle predette figure 2C e 2D si modifica come illustrato nelle figure 7A e 7B.

Il segnale sul percorso ottico 27, processato tramite un dispositivo analizzatore di spettro 46, genera uno spetto a pettine con battimenti 53’ (figura 7A). Il rispettivo andamento di intensità in funzione della frequenza mostra l’alternarsi di picchi e valli finemente equispaziati tra loro, con un profilo di ampiezza modulato (figura 7A). Esso à ̈ il risultato della sovrapposizione di due spettri a pettine con ampiezze comparabili e spaziature Δ λ1e Δ λ2leggermente diverse, dovuti rispettivamente all’interferenza, a coppie, tra la prima 6 e seconda 9, e la quinta 17 e sesta 18 radiazioni riflesse, rispettivamente corrispondenti agli spessori s1ed s2delle porzioni tubolare prossimale 300a e distale 300b, secondo le stesse relazioni sopra date.

Da un’opportuna analisi numerica, ad esempio tramite Trasformata di Fourier Discreta (DFT), à ̈ possibile ottenere un andamento nel tempo come quello raffigurato in figura 7B, che presenta due picchi 15a, 15a’, le cui ascisse misurano, secondo le stesse leggi di proporzionalità già sopra enunciate, gli spessori delle due porzioni, prossimale 300a e distale 300b.

Poiché le altezze, o più in generale le aree, dei due picchi 15a e 15a’ sono proporzionali all’intensità luminosa raccolta per riflessione dalle due porzioni tubolari prossimale 300a e distale 300b, ed al grado di interferenza ottenuto per ciascuna coppia di radiazioni riflesse (6 e 9 per la prossimale, 17 e 18 per la distale), à ̈ possibile utilizzare tale informazione per discriminare le misure di spessore s1ed s2ovvero associarle correttamente alle due porzioni tubolari prossimale 300a e distale 300b.

In tal modo, per mezzo della scelta della configurazione di focalizzazione, o per mezzo della regolazione delle distanze tra le lenti e l’oggetto, à ̈ possibile variare l’intensità relativa e la qualità dell’interferenza delle radiazione riflesse 6 e 9 rispetto alle 17 e 18, in modo da ottenere non solo le misure di spessore s1ed s2ma anche la loro corretta associazione alle porzioni prossimale 300a e distale 300b misurate.

Più in generale, il microprocessore 60 esegue l’algoritmo di figura 2B, in modo da identificare non un solo picco ma più d’uno, e da estrarre le misure di entrambi gli spessori s1ed s2, associandole correttamente alle rispettive porzioni misurate, facendo uso di alcuni parametri di ingresso 62, in questo caso comprendenti anche l’informazione di quale porzione debba essere associata alla coppia interferente più intensa.

In uscita dal microprocessore 60, si otterranno dunque due valori XX e YY, visualizzabili su un display 80, che rappresentano gli spessori s1ed s2della parete prossimale 300a e distale 300b del tubo trasparente 300. In tal modo, à ̈ possibile misurare lo spessore s del tubo di vetro 300 in entrambi i punti del tubo che si trovano sull’asse ottico della sonda.

Anche in tal caso, come mostrato nelle figure dalla 8 alla 8I, la fase di focalizzare prevede diverse soluzioni, in funzione della necessità di ottenere adeguate intensità e qualità di interferenza, poco influenzate dalle vibrazioni e/o disallineamenti del tubo, che determinano l’accuratezza delle due misure di spessore effettuate, nonché della necessità di distinguere le due misure, ovvero di associarle correttamente alla corretta porzione di parete (prossimale e distale).

In generale, per ottenere una buona efficienza di raccolta per le radiazioni ritornate da entrambe le porzioni tubolari, prossimale 300a e distale 300b, sarà utile considerare configurazioni di focalizzazione che siano confocali per riflessione su entrambe le superfici delle porzioni tubolari. In particolare, se si vuole conservare robustezza al disallineamento e alle vibrazioni, si considereranno configurazioni monoottimali, eventualmente ottenute secondo modalità diverse (focalizzazione in prossimità della parete, o in prossimità del centro di curvatura) sui due piani meridiani 10a, 10b e per le due porzioni tubolari 300a, 300b.

In una prima forma realizzativa, il primo fuoco virtuale F1che giace sul piano meridiano orizzontale 10b si trova sostanzialmente sulla porzione tubolare prossimale 300a del tubo mentre il secondo fuoco virtuale F2giace sul piano meridiano verticale 10a, si trova sostanzialmente all’infinito. (Fig.8). Tale configurazione risulta mono-ottimale per la misura dello spessore della sola porzione tubolare prossimale 300a.

In figura 8A à ̈ mostrata la configurazione derivata da quella di figura 8, dove la riflessione confocale à ̈ ottenuta sulla porzione tubolare distale 300b, ed allo stesso modo, ovvero focalizzando sulla parete, e sullo stesso piano meridiano orizzontale. Questa configurazione risulta mono-ottimale per la sola misura dello spessore della porzione tubolare distale 300b, ed esibisce una buona robustezza rispetto a disallineamento in verticale.

In una derivazione delle configurazioni 8 e 8A, il primo fuoco virtuale F1viene portato sull’asse O del tubo 300, ottenendosi una configurazione intermedia tra la 8 e la 8A che si dimostra adatta alla misura dello spessore sia della porzione tubolare prossimale 300a sia della porzione tubolare distale 300b. Tale configurazione, pur non essendo a rigore ottimale per nessuna delle porzioni 300a e 300b, à ̈ però un buon compromesso, in quanto realizza un segnale in uscita di intensità sufficiente per entrambe le misure degli spessori prossimale e distale s1ed s2, e consente una buona discriminazione delle due misure in base alle intensità relative, regolando la posizione del fuoco lungo l’asse ottico all’interno del tubo 300.

Una ulteriore variante, mostrata in figura 8C, prevede di portare il fuoco F1molto oltre la porzione tubolare distale 300b, in particolare in modo tale che la radiazione entrante 5 risulti collimata all’interno del tubo 300. Questa configurazione approssima la condizione di riflessione confocale nel piano meridiano orizzontale 10b nella modalità di focalizzazione nel centro di curvatura (che nel caso del tubo, sul piano orizzontale trovasi all’infinito), la quale à ̈ mono-ottimale per entrambe le porzioni tubolari, prossimale 300a e distale 3000b (vd. figura 8F e seguenti).

La configurazione di figura 8D prevede il primo fuoco virtuale F1sulla porzione tubolare prossimale 300a ed una focalizzazione del secondo fuoco virtuale F2sulla porzione tubolare distale 300b. Si ottiene in tal modo mono-ottimalità su entrambe le pareti, su due piani meridiani diversi. Questo consente una maggior robustezza della misura della porzione prossimale, ed una buona intensità di segnale su entrambe.

Una configurazione analoga a quella di figura 8D (non mostrata), si ottiene ruotando di 90° le lenti attorno all’asse ottico, ed ha caratteristiche reciproche alla precedente.

Un’altra configurazione, derivata dalla configurazione di figura 8D, adatta alla misura di entrambi gli spessori prossimale e distale del tubo, à ̈ rappresentata nella figura 8E e mostra il primo fuoco virtuale F1sull’asse O del tubo ed il secondo fuoco virtuale F2oltre la porzione tubolare distale 300b. In tal modo, regolando la posizione del primo fuoco virtuale F1si determina una buona evidenziazione dei picchi di interferenza e selezione del segnale di interferenza l’uno rispetto all’altro, come mostrato in figura 7B, mentre la regolazione del fuoco F2regolala robustezza a eventuali vibrazioni nel piano verticale, permettendo di guadagnare in intensità qualora le vibrazioni siano più ridotte o si debba misurare un tubo di diametro maggiore. In particolare, si avrà che se il fuoco F2si trova più lontano il cono di ritorno della luce sarà verticalmente più ampio e quindi la misura sarà meno sensibile alle vibrazioni. Portando F2all’infinito si ottiene nuovamente la configurazione di figura 8A.

Le configurazioni delle figura dalla 8F alla 8I mostrano invece delle configurazioni con il primo fuoco virtuale F1sostanzialmente all’infinito, mentre la posizione del secondo fuoco virtuale F2viene accomodata sulle porzioni prossimale e distale, o sull’asse ottico internamente al tubo, o ancora oltre la parete distale, ottenendosi configurazioni in ogni caso almeno monoottimali sul piano meridiano orizzontale per entrambe le misure ed in qualche caso bi-ottimali, per l’una o l’altra, o entrambe le misure.

Vantaggiosamente, le suddette configurazioni sono ottenibili da un sistema ottico a fuoco fisso, ovvero senza bisogno di impiegare mezzi di movimentazione delle lenti fra loro o rispetto alla fibra ottica, semplicemente variando la distanza dell’oggetto dai mezzi a lente 10 al fine di ottimizzare la misura di spessore della porzione tubolare prossimale 300a, della porzione tubolare distale 300b o di entrambe tenendo conto dell’ampiezza delle vibrazioni a cui à ̈ soggetto l’oggetto.

Più in particolare, le configurazioni di figura 8F e 8H sono confocali anche sul piano meridiano verticale 10a in quanto focalizzate rispettivamente sulla porzione tubolare prossimale 300a e sulla porzione tubolare distale 300b.

Nella configurazione 8G in cui il secondo fuoco virtuale F2si trova nell’asse del tubo O, si ha una simultanea confocalità per riflessione per entrambi i piani meridiani 10a, 10b su entrambe le superfici della porzione tubolare prossimale 300a e della porzione tubolare distale 300b, sicché tale configurazione può dirsi doppiamente bi-ottimale. Conseguentemente questa configurazione manifesta anche la massima sensibilità a vibrazioni o disallineamenti e una discriminazione dei due picchi meno affidabile.

Infine, nella configurazione di figura 8I con il secondo fuoco virtuale oltre la porzione tubolare distale 300b, si ottiene una buona indipendenza dalle vibrazioni e robustezza di misura mantenendo una confocalità sul piano meridiano orizzontale 10b.

Nelle suddette tipologie di focalizzazione, si ottiene una ottimalità che vede la radiazione raccolta, data dalla sovrapposizione della prima 6 della seconda 9, della quinta 16 e della sesta 17 radiazione riflessa pressoché indipendente da eventuali spostamenti del tubo 300, entro un certo limite, e una buona robustezza di segnale per la determinazione di entrambi gli spessori in contemporanea, come successivamente descritto. Infatti, nel caso di lenti simmetriche si può avere una buona raccolta delle radiazioni riflesse soltanto se l'oggetto o tubo rimane immobile, mentre se l'oggetto si muove, ad esempio a causa di vibrazioni o di fluttuazione della forma, come può avvenire nel caso di oggetti continui che si muovono lungo una linea di produzione, o nel caso del tubo di vetro 300, la raccolta di radiazione riflessa à ̈ molto ridotta e non sufficiente per la successiva analisi spettroscopica.

In tal modo, si ottiene che la radiazione raccolta contiene sufficiente energia per determinare, attraverso l’analisi dello spettro (Figura 7) sia lo spessore della porzione tubolare prossimale 300a sia della porzione tubolare distale 300b del tubo 300 con un buon grado di affidabilità e robustezza della misura rispetto a oscillazioni e vibrazioni del tubo. In altre parole, con la doppia misura contemporanea dello spessore sulla porzione tubolare prossimale 300a e sulla porzione tubolare distale 300b à ̈ possibile ridurre il numero di strumenti di misura dello spessore, o raddoppiare il numero di punti di misura a parità di strumenti di misura. In tal caso, la fase di regolazione in posizione dei mezzi a lente non assialsimmetrici 10 à ̈ tale da regolare la posizione del primo e secondo fuoco virtuale in modo tale da ottimizzare le caratteristiche di interferenza tra la prima, seconda, quinta e sesta radiazione riflessa e la frazione di energia raccolta per esse. Più in particolare, la regolazione in posizione consente di evidenziare i picchi di interferenza 15a e 15a’, e di selezionare i segnali di interferenza relativi alla porzione tubolare prossimale 300a e alla porzione tubolare distale 300b, e di distinguerli tra loro. In altre parole, si avrà quindi una regolazione che tende ad evidenziare i segnali di interferenza della prima e seconda radiazione riflessa, picco 15a, e della quinta e sesta radiazione riflessa, picco 15a’. Vantaggiosamente, la movimentazione della lente 10 à ̈ effettuata a feedback in modo tale da controllare lo spettro a pettine 53 e garantire una determinata intensità di entrambi i picchi (ed in particolare del picco più basso 15a’, ad esempio relativo alla porzione tubolare distale 300b), e una differenza di intensità tra i picchi 15a e 15a’, eventualmente a scapito dell’intensità del picco più alto 15a.

Una possibile forma realizzativa dell’apparecchiatura che consente di misurare lo spessore della parete tubolare prossimale 300a e della parete prossimale distale 300b in contemporanea, à ̈ mostrata nella figura 9. In tal caso, ciascuna delle sonde 20a’, 20b’ à ̈ atta a rilevare lo spessore del tubo 300 su entrambe le pareti che si affacciano in direzione della rispettiva sonda raggiungendo un numero di punti di misura analogo a quello di figura 5, ma adottando un numero di sonde minore. In tal modo, a parità di numero di sonde disposte intorno al tubo 300 e all’eventuale molteciplità di punti di misura ottenuti grazie alla movimentazione delle sonde rispetto al tubo, si ottiene un ulteriore raddoppio del numero di misure. Ne consegue un vantaggio economico aggiuntivo nella realizzazione della apparecchiatura di misura. Più in particolare, ciascuna sonda di rilevazione 20a’, 20b’ à ̈ dotata di una rispettiva fibra ottica monomodo 25a’, 25b’ collegata al multiplexer 70 che le connette alla unità ottica centrale 200, secondo uno schema a divisione di tempo, in modo che ciascuna sonda, a rotazione, riceva la radiazione 5 da focalizzare sul tubo 300, e restituisca la radiazione riflessa da analizzare 27a’, 27b’, contenenti ciascuna quattro componenti riflesse che passano attraverso i mezzi di analisi 50 e generano i segnali 55a’ e 55b’ in ingresso all’algoritmo 60 che li analizza in combinazione con i parametri di input 62 per generare i segnali 65a’ e 65b’ che contengono lo spessore della parete in più punti e l’errore di forma del tubo.

L’apparecchiatura 100 secondo l’invenzione può comprendere inoltre, come mostrato schematicamente nella figura 10, mezzi di controllo a programma 150 della produzione associati ai mezzi di analisi 50, tali che sulla base del valore dello spessore rilevato, i mezzi di controllo della produzione 150 agiscono e comandano mezzi di formatura 170 dell’oggetto, in particolare del tubo di vetro. In tal modo, à ̈ possibile regolare la fase di formatura del tubo di vetro in base allo scostamento da uno spessore predeterminato.

Più in particolare, sulla base del valore dello spessore s rilevato dalle sonde spaziate attorno al tubo 300 e sulla base di un riferimento di soffiatura ideale pari a zero, i mezzi di controllo a programma 150 agiscono e regolano i mezzi di formatura 170 del tubo di vetro 300 (Fig.11). In dettaglio, i mezzi di controllo 150 sono atti ad analizzare e correlare tra loro gli spessori determinati dalle sonde 20a, 20b, 20c e 20d, secondo la configurazione a quattro sonde di figura 5, o dalle sonde 20a’ e 20b’, nella configurazione di figura 9, per detta pluralità di punti, angolarmente e/o longitudinalmente spaziati attorno al tubo 300, e in presenza di errori di spessore o di forma del tubo regolano il processo di formatura conseguentemente.

In particolare, come mostrato nelle figure 11 e 11A, in caso di produzione di tubi in vetro continui che prevedono un orifizio di colata 175 entro il quale à ̈ sospeso un elemento formatore del tubo, i mezzi di controllo agiscono in retroazione sulla posizione dell’elemento formatore 177 secondo un sistema di riferimento cartesiano. In tal modo, à ̈ possibile ottimizzare la produzione dei tubi di vetro riducendo al minimo gli scarti di produzione.

In un’altra applicazione, una accurata mappatura con più punti in senso circonferenziale del tubo che porta a determinare un possibile errore di forma, può essere impiegata, ad esempio, per fasare angolarmente tra loro irregolarità di forma nel caso in cui vengono accoppiate frontalmente tra loro le estremità di più tubi o porzioni di tubo. In tal modo, conoscendo la forma di ciascuna estremità dei tubi da accoppiare à ̈ possibile orientare tali estremità, ruotando una delle due porzioni del tubo attorno al proprio asse, in modo da ottenere un accoppiamento ottimale che può essere, ad esempio, compiuto per incastro, saldatura o incollaggio delle estremità.

In particolare, nella medesima applicazione, à ̈ possibile impiegare la lettura di distanza fornita dal sensore 180 per ottenere, oltre al profilo di spessore anche il profilo di rotondità, simultaneamente.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica à ̈ in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente, in particolare un oggetto curvo, detta parete comprendendo: un materiale trasparente, una interfaccia prossimale interposta tra l’ambiente e detto materiale trasparente, ed una interfaccia distale interposta tra detto materiale trasparente e detto ambiente da parte opposta a detta interfaccia prossimale, detto metodo prevedendo le fasi di: - predisporre una radiazione luminosa sorgente; - focalizzare detta radiazione luminosa sorgente ottenendo una radiazione luminosa entrante diretta verso detta parete in modo che detta radiazione luminosa entrante: - incida su detta interfaccia prossimale di detta parete, - venga in parte riflessa da detta interfaccia prossimale in modo da generare un prima radiazione riflessa, - attraversi in parte detto materiale trasparente incontrando detta interfaccia distale e venga in parte riflessa da detta interfaccia distale; - attraversi in parte in senso inverso, dopo la riflessione su detta interfaccia distale, detto materiale trasparente incontrando nuovamente e attraversando detta interfaccia prossimale in modo da generare una seconda radiazione riflessa; - raccogliere una radiazione luminosa uscente risultante dalla sovrapposizione di detta prima e seconda radiazione riflessa; - analizzare detta radiazione luminosa uscente con metodologie spettroscopiche e determinare lo spessore di detta parete in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima e seconda radiazione riflessa in detta radiazione uscente, caratterizzato dal fatto che detta fase di focalizzare prevede l’ottenimento di detta radiazione luminosa entrante mediante mezzi a lente non assialsimmetrici aventi due piani meridiani principali in modo tale che detta radiazione luminosa entrante sia focalizzata su un primo fuoco virtuale in un primo piano meridiano principale, e su un secondo fuoco virtuale in un secondo piano meridiano principale.
2. 2. Un metodo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di focalizzare prevede una tra le seguenti condizioni di focalizzazione: - che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi in una posizione finita oltre detta parete e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente in detta parete; - che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente all’infinito e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente in detta parete; - che detto primo/secondo fuoco virtuale si trovi sostanzialmente all’infinito e detto secondo/primo fuoco virtuale si trovi in una posizione finita oltre detta parete.
3. 3. Un metodo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di raccogliere prevede una fase di focalizzazione in uscita di detta radiazione luminosa uscente risultante, in modo tale che la radiazione luminosa uscente ricevuta abbia energia sufficiente a ricavare, mediante detta fase di analizzare, lo spessore di detta parete, in particolare detta fase di raccogliere à ̈ realizzata mediante detti mezzi a lente non assialsimmetrici che sono investiti da detta radiazione luminosa uscente in direzione opposta a detta radiazione luminosa sorgente; in particolare, detta fase di focalizzare prevede una fase di regolazione in posizione di detti mezzi a lente non assialsimmetrici per regolare la posizione di detto primo e secondo fuoco virtuale in modo tale da ottenere una desiderata condizione di focalizzazione.
4. 4. Un metodo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto spessore à ̈ misurato nel corso di una fase di formatura di detto oggetto, ed à ̈ prevista una fase di controllo della formatura di detto oggetto trasparente associata a detta fase di analizzare, tale che, sulla base del valore dello spessore rilevato, detta fase di controllo della produzione controlli parametri di formatura di detto oggetto, in particolare detto oggetto à ̈ un tubo di vetro, in cui una fase di correggere il processo di formatura del tubo di vetro può essere prevista in base ad uno scostamento dello spessore maggiore di un valore predeterminato, oppure nel caso siano presenti errori di forma, in particolare detta fase di controllo della produzione di detto oggetto trasparente associata a detta fase di analizzare controlla e correla tra loro gli spessori determinati per una pluralità di punti, angolarmente e/o longitudinalmente spaziati attorno a detto tubo, e in presenza di errori di spessore o di forma del tubo, regola il processo di formatura conseguentemente.
5. 5. Un metodo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto oggetto trasparente à ̈ un tubo avente una parete tubolare, in particolare cilindrica, comprendente una superficie laterale esterna e una superficie laterale interna che definisce una cavità tubolare con un asse e detta radiazione luminosa entrante incontra una prima volta detta parete tubolare in corrispondenza di una porzione tubolare prossimale, in parte attraversa detta porzione tubolare prossimale di detta parete tubolare e entra in detta cavità tubolare formando una seconda radiazione entrante, detta seconda radiazione entrante attraversa la cavità e incontra una porzione tubolare distale di detta parete, ed à ̈ focalizzata in modo che: - incida su una interfaccia prossimale di detta porzione tubolare distale, - venga in parte riflessa da detta interfaccia prossimale di detta porzione tubolare distale in modo da generare una terza radiazione riflessa, - attraversi in parte detto materiale trasparente di detta parete incontrando una interfaccia distale di detta porzione tubolare distale e venga in parte riflessa da detta interfaccia distale; - attraversi nuovamente detto materiale trasparente di detta parete incontrando detta interfaccia prossimale e attraversi detta interfaccia prossimale generando un quarta radiazione riflessa; - detta terza e quarta radiazione riflessa attraversino detta cavità e detta porzione tubolare prossimale generando una quinta e sesta radiazione riflessa che si sovrappongono a detta prima e seconda radiazione riflesse, in modo che detta radiazione luminosa uscente risultante à ̈ ottenuta dalla sovrapposizione di detta prima e seconda radiazione riflessa, nonché di dette quinta e sesta radiazione riflessa, e detta fase di analizzare detta radiazione luminosa uscente risultante con metodologie spettroscopiche à ̈ atta a determinare entrambi gli spessori di detta porzione tubolare prossimale e di detta porzione tubolare distale di parete in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima, seconda, quinta e sesta radiazione riflessa.
6. 6. Un metodo, secondo la rivendicazione 5, in cui detta fase di focalizzare prevede una tra le seguenti condizioni: - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare prossimale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito; - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova internamente a detto tubo ossia oltre detta porzione tubolare prossimale e prima di detto asse, e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito; - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova internamente a detto tubo ossia oltre detta porzione tubolare prossimale e in corrispondenza di detto asse, e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito; - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova internamente a detto tubo oltre detto asse, e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito; - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare distale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito; - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova oltre detta porzione tubolare distale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova oltre detta parete distale, ed in particolare sostanzialmente all’infinito; - detto primo/secondo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare prossimale e detto secondo/primo fuoco virtuale si trova sostanzialmente su detta porzione tubolare distale;
7. 7. Una apparecchiatura di misura dello spessore di una parete di un oggetto trasparente, in particolare un oggetto curvo, detta parete comprendendo: un materiale trasparente, una interfaccia prossimale interposta tra l’ambiente e detto materiale trasparente, ed una interfaccia distale interposta tra detto materiale trasparente e detto ambiente da parte opposta a detta interfaccia prossimale, detta apparecchiatura comprendendo: - mezzi per emettere una radiazione luminosa sorgente in una radiazione luminosa sorgente; - mezzi per focalizzare detta radiazione luminosa sorgente atti ad ottenere una radiazione luminosa entrante diretta verso detta parete in modo che detta radiazione luminosa entrante: - incida su detta interfaccia prossimale di detta parete, - venga in parte riflessa da detta interfaccia prossimale in modo da generare una prima radiazione riflessa, - attraversi in parte detto materiale trasparente incontrando detta interfaccia distale e venga in parte riflessa da detta interfaccia distale; - attraversi in parte in senso inverso, dopo la riflessione su detta interfaccia distale detto materiale trasparente, incontrando nuovamente e attraversando detta interfaccia prossimale in modo da generare una seconda radiazione riflessa; - mezzi per raccogliere una radiazione luminosa uscente risultante dalla sovrapposizione di detta prima e seconda radiazione riflessa; - mezzi per analizzare detta radiazione luminosa uscente con metodologie spettroscopiche e per calcolare lo spessore di detta parete in base alle caratteristiche di interferenza tra detta prima e seconda radiazione riflessa, caratterizzata dal fatto che detti mezzi per focalizzare comprendono mezzi a lente non assialsimmetrici per l’ottenimento di detta radiazione luminosa entrante, detti mezzi a lente non assialsimmetrici avendo due meridiani principali in modo tale che detta radiazione luminosa entrante sia focalizzata su un primo fuoco virtuale individuato da un primo meridiano in detta radiazione luminosa sorgente, e su un secondo fuoco virtuale individuato dal secondo meridiano e dalla radiazione luminosa sorgente.
8. 8. Una apparecchiatura, secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi per focalizzare e detti mezzi per raccogliere la radiazione sono integrati in una sonda di rilevazione provvista di uno o più connettori per fibra ottica monomodo, in particolare detta sonda comprendendo mezzi di rilevazione della distanza tra detti mezzi di focalizzazione e detto oggetto, in particolare tra detta sonda di rilevazione e detto oggetto, detti mezzi di rilevazione della distanza essendo associati a detti mezzi di regolazione della posizione.
9. 9. Una apparecchiatura, secondo la rivendicazione 8, in cui detto oggetto trasparente à ̈ un tubo avente una porzione tubolare prossimale ed una porzione tubolare distale, in cui sono previste una pluralità di sonde atte a misurare una pluralità di punti differenti tra loro in modo tale da rilevare per ciascuno di detti punti lo spessore della rispettiva porzione tubolare prossimale, in particolare detta pluralità di punti sono scelti tra punti angolarmente spaziati attorno a detto tubo o punti longitudinalmente spaziati tra loro lungo detto tubo o una loro combinazione o sono previsti mezzi per variare la posizione relativa, angolarmente e, o longitudinalmente, di detto tubo rispetto a detta sonda di rilevazione o a detta pluralità di sonde di rilevazione, in modo tale da ottenere la misura di spessore in una pluralità di punti di misura differenti tra loro.
10. 10. Una apparecchiatura, secondo la rivendicazione 9, in cui detta pluralità di sonde à ̈ collegata ad una unità ottica centrale mediante un multiplexer ottico in modo che, secondo uno schema a divisione di tempo, ciascuna sonda, a rotazione, riceva la radiazione da focalizzare sul campione, e restituisca la radiazione riflessa da analizzare, per un tempo predeterminato.