ITPI980032A1

ITPI980032A1 - Metodo ed apparecchiatura per la rilevazione, mediante ultrasuoni , delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento, in

Info

Publication number: ITPI980032A1
Application number: IT98PI000032A
Authority: IT
Inventors: Daniele Bianchi; Andrea Cremoncini; Bene Giulio Di; Marco Lazzarotti; Antonio Sani
Original assignee: I S E Ingegneria Dei Sistemi E; Bbm S R L
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-10-24
Also published as: IT1306117B1; DE69934976D1; ITPI980032A0; EP1073915B1; WO1999056146A1; EP1073915A1; ATE352788T1; AU4033499A

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "METODO ED APPARECCHIATURA PER LA RILEVAZIONE, MEDIANTE ULTRASUONI, DELLE COORDINATE DI OGGETTI RISPETTO AD UN SISTEMA DI RIFERIMENTO, IN PARTICOLARE DELLE CARROZZERIE DELLE AUTOVETTURE E DELLE LORO DEFORMAZIONI"

DESCRIZIONE

Ambito dell'invenzione

La presente invenzione riguarda una ap

per la rilevazione delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento.

In particolare, ma non esclusivamente, essa ha per oggetto una apparecchiatura per la rilevazione delle quote degli autoveicoli ed il loro confronto con quelle teoriche, per verificare l'integrità o l'entità delle deformazioni eventualmente subite a seguito di incidenti.

Inoltre, l'invenzione riguarda un metodo per la rilevazione delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento.

Brevi cenni alla tecnica nota

Le autovetture incidentate vengono riparate, presso le autocarrozzerie,· facendo uso di attrezzature costituite da banchi di riscontro, o "dime", che permettono di verificare, su tre dimensioni, il corretto posizionamento dei punti chiave della carrozzeria. I punti chiave sono per lo più collocati nella parte inferiore del veicolo, dove gli organi meccanici principali sono connessi con la struttura portante della scocca; altri punti da verificare sono gli attacchi dei paraurti anteriori e posteriori e quelli degli ammortizzatori.

I banchi di riscontro si sono evoluti nel tempo, passando da strutture fisse, una per ciascun tipo di autoveicolo, a strutture regolabili, cosiddette universali, tali da poter posizionare un terminale di misura, e/o di forza, in corrispondenza di ciascun punto da controllare.

I banchi universali si dividono in almeno due categorie: alcuni di essi permettono operazioni di "trazione" o comunque riparazione del veicolo in momenti diversi da quelli in cui si effettuano le misure, mentre altri permettono di effettuare contemporaneamente le due operazioni .

Ad oggi sono noti diversi metodi, usati in connessione con i banchi, per misurare le autovetture, di cui alcuni sono i seguenti:

- i banchi sono dotati di indicatori metrici sui tre assi ortogonali ;

- si creano, mediante emettitori Laser, fasci ortogonali di luce che si fanno collimare su opportuni indicatori posizionati in corrispondenza delle misure teoriche del veicolo;

- si impiegano organi mobili, con bracci dotati di gradi di libertà nello spazio, i cui tastatori vengono portati in corrispondenza dei punti da misurare;

si impiega una barra di forma parallelepipeda (trave), dotata di una serie di sensori ad ultrasuoni: una serie di tastatori viene posta in corrispondenza dei punti da misurare, la cui posizione viene determinata con triangolazioni sulla base della geometria della trave e della disposizione dei sensori su di essa.

Ciascuno di questi metodi presenta vantaggi e svantaggi rispetto agli altri e comunque le loro prestazioni e le loro collocazioni sul mercato internazionale sono tali da lasciare spazio a sistemi che presentino una maggiore semplicità di uso e una più ampia gamma di possibilità di misura.

In particolare, nessuno di questi sistemi consente di verificare le geometrie esterne della carrozzeria (cofano, tetto, portiere ecc.) in quanto essi sono intesi a permettere prevalentemente la riparazione del pianale dell'auto e delle strutture che sorreggono il motore e gli ammortizzatori .

Inoltre, tutti questi sistemi richiedono che l'autoveicolo sia installato su una attrezzatura (banco di riscontro), e questo fatto implica l'impiego di un tempo abbastanza considerevole per effettuare la diagnosi. Questo non è problematico nel caso in cui l'auto debba essere riparata, perché la riparazione richiede comunque l'uso del banco, ma lo è quando si debba fare una semplice diagnosi a scopo di preventivo o di conferma della bontà della riparazione.

Sintesi dell'invenzione

La presente invenzione nasce come miglioramento dei metodi attualmente esistenti per misurare le auto, e permette di effettuare misure, in modo accurato ed in tempi ridotti, sia della parte inferiore della scocca, sia di tutte le altre parti della carrozzeria.

Secondo la presente invenzione, una apparecchiatura per la rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento, ha la caratteristica di comprendere:

- un tastatore, atto ad essere portato a contatto con detti oggetti da misurare, detto tastatore avendo almeno due emettitori di ultrasuoni,

- un punto di sensibilità, previsto su detto tastatore e in posizione nota e costante rispetto a detti emettitori; - un corpo di riferimento comprendente almeno tre ricevitori, disposti in posizione reciproca nota e costante;

- mezzi di correlazione tra a) i ritardi temporali intercorsi tra l'istante di emissione di segnali da parte di detti emettitori e l'istante di ricezione di detti segnali da parte di detti ricevitori, e b) la posizione spaziale di detto tastatore rispetto a detti ricevitori.

Detti mezzi di correlazione possono comprendere: un'unità elettronica di controllo comprendente mezzi per pilotare detti emettitori, mezzi per elaborare i segnali generati da detti ricevitori, e mezzi per misurare i ritardi temporali con cui gli impulsi di detti emettitori raggiungono detti ricevitori a partire dal momento .in cui sono stati emessi;

- una unità elaboratrice connessa con detta unità elettronica di controllo e comprendente mezzi di presentazione, quale un monitor;

- un software residente in detta unità elaboratrice il quale, a partire dalle misure di detti ritardi temporali, determina la posizione di detto punto di sensibilità del tastatore e la comunica ai mezzi di presentazione.

Preferibilmente, detto software comprende:

- una parte algoritmica che, mediante l'applicazione di considerazioni geometriche nello spazio a tre dimensioni, estrae coordinate dai ritardi temporali;

- una banca di dati che contiene le informazioni dimensionali degli oggetti da misurare, quali ad esempio autovetture presenti sul mercato, dette informazioni essendo confrontate con dette coordinate.

Vantaggiosamente, detto software è comprensivo anche di una parte di presentazione che permette l'estrazione dalla banca dati dello specifico modello di auto da misurare, permette l'effettuazione delle misure e ne presenta i risultati, gestisce una banca dati dei clienti della carrozzeria (o dell'ente che effettua le misure), su richiesta effettua le stampe con i risultati delle misure Preferibilmente, detto punto di sensibilità di detto tastatore è allineato con detti emettitori.

In una prima forma preferita dell'invenzione, detto tastatore comprende un giunto cardanico e detto punto di sensibilità è il punto centrale della crociera di detto giunto cardanico.

Alternativamente, detto tastatore comprende una estremità sferica e detto punto di sensibilità ne è il centro .

Preferibilmente, il corpo di riferimento è un supporto triangolare e detti emettitori sono disposti ai suoi vertici. Il corpo di riferimento comprende mezzi di attacco all'oggetto da misurare, quali in particolare mezzi magnetici.

Vantaggiosamente, per la misura della velocità di propagazione del suono nelle condizioni (pressione, temperatura e umidità) in cui si effettuano le misure, è prevista una coppia emettitore-ricevitore, posti in asse a distanza nota e connessi con detta unità elettronica di controllo. Detta coppia emettitore-ricevitore può essere integrata su detto corpo di riferimento, e detta distanza può essere la distanza tra due suoi vertici.

Il metodo di rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di un oggetto rispetto ad un sistema di riferimento, ed in particolare, mediante l'apparecchiatura secondo l'invenzione, delle posizioni spaziali del punto di sensibilità di un tastatore che va a contatto con detto oggetto, comprende le fasi di:

- emissione di ultrasuoni a partire da almeno due punti emettitori in posizione nota rispetto a detto punto di sensibilità;

- ricezione di detti ultrasuoni da almeno tre punti ricevitori, disposti in posizione reciproca nota e costante; - correlazione tra a) i ritardi temporali intercorsi tra l'istante di emissione di segnali da parte di detti emettitori e listante di ricezione di detti segnali da parte di detti punti ricevitori, e b) la posizione spaziale di detti punti di emissione rispetto a detti punti ricevitori.

Preferibilmente, secondo il metodo, i punti ricevitori sono resi solidali ad un oggetto di cui detto tastatore deve rilevare le coordinate rispetto ad un sistema di riferimento prescelto.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi del metodo e della apparecchiatura per la rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento, risulteranno più chiaramente con la. descrizione che segue di una sua forma reaiizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

la figura 1 mostra una apparecchiatura secondo l'invenzione per la rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di oggetti, comprensiva di un tastatore di ricevitori solidali ad un corpo di riferimento, di una elettronica di controllo e di un PC di elaborazione e presentazione;

- la figura 2 mostra la apparecchiatura di figura 1 nel corso di una rilevazioni di punti di una autovettura;

- la figura 3 è uno schema a blocchi della apparecchiatura secondo l'invenzione;

- la figura 4 è un diagramma di flusso di mezzi software residenti nell'elettronica di controllo (microcontrollore); - le figure da 5 a 8 sono schemi a blocchi della architettura del software residente nella unità elaboratrice (PC);

la figura 9 è una tabella di dati rilevati da una autovettura mediante l'apparecchiatura di figura 1 e pronti per essere confrontati con dati memorizzati in un Database.

Descrizione di una forma realizzativa preferita Secondo la presente invenzione, una apparecchiatura per la rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento oggetto dell'invenzione, il cui schema a blocchi è rappresentato in Fig. 3, è costituito dalle seguenti parti, numerate in figura 1:

- un tastatore 1, comprendente due emettitori di ultrasuoni 2, allineati con un punto di sensibilità 3;

- un insieme di tre ricevitori 4 fissati ai vertici di un corpo di riferimento 5 di forma sostanzialmente triangolare; - una coppia emettitore-ricevitore 6-7, posti in asse distanza nota tra due dei vertici del corpo di riferimento 5, per la misura della velocità di propagazione del suono nelle condizioni {pressione, temperatura e umidità) in cui si effettuano le misure;

- un'elettronica di controllo 8 (funzionante secondo il diagramma di flusso di figura 4) che pilota gli emettitori 2, elabora i segnali generati dai ricevitori 4, e fornisce al sistema di elaborazione le misure dei ritardi temporali con cui gli impulsi provenienti dagli emettitori 2 sono stati ricevuti a partire dal momento in cui sono stati emessi;

un software (la cui architettura è esemplificata dai diagrammi di figure 5-8) che, a partire dalle misure dei ritardi temporali, determina la posizione del punto di sensibilità del tastatore 1 e la presenta all'operatore 10, visualizzandola sul monitor 11 di una unità elaboratrice 12.

Il software è a sua volta composto dalle seguenti parti: - una parte algoritmica che, mediante l'applicazione di considerazioni geometriche nello spazio a tre dimensioni, estrae le informazioni utili dai ritardi temporali;

- . una banca di dati che contiene le informazioni dimensionali delle . autovetture (o altri oggetti da misurare) presenti sul mercato, informazioni da confrontare con quelle rilevate effettuando le misure;

- una parte di presentazione che permette l'estrazione dalla banca dati dello specifico modello di auto da misurare, permette l’effettuazione delle misure e ne presenta i risultati, gestisce una banca dati dei clienti della carrozzeria (o dell'ente che effettua le misure), su richiesta effettua le stampe con i risultati delle misure.

Con riferimento alla figura 2, l'impiego della apparecchiatura si basa sul rilevamento delle posizioni spaziali del punto di sensibilità 3 del tastatore 1 che può essere il punto centrale della crociera di un giunto cardanico o il centro di una sfera.

Tale punto di sensibilità viene accostato dall'operatore 10 ad un oggetto da rilevare, ad esempio una autovettura 13 che ha avuto incidenti e che è già stata riparata o deve essere riparata.

I punti di riferimento sulla autovettura 13 possono essere bulloni sporgenti o fori, nonché punti notevoli della carrozzeria.

Nel primo caso (misura della posizione dei bulloni), il tastatore ha punto di sensibilità 3 costituito da un giunto cardanico, non mostrato in quanto ovvio per un tecnico del ramo. Sull'estremità terminale del giunto cardanico è innestata una boccola cilindrica cava, con cavità anch'essa cilindrica; la boccola può essere intercambiabile con cavità di diversi diametri in modo da potersi adattare alle misure dei diversi bulloni di fissaggio che si trovano sulle scocche delle auto. Una volta che la boccola è stata innestata sulla testa del bullone di cui si vuole determinare la posizione, il punto di sensibilità del tastatore si trova in posizione nota ed univocamente determinata rispetto alla testa stessa, e questo permette di determinare la sua posizione mediante la misura, indipendentemente dall'angolo di cui possa essere ruotato il cardano.

Nel secondo caso (misura della posizione di fori o di punti della carrozzeria privi di elementi di ancoraggio), il giunto cardanico è sostituito con una sfera il cui centro costituisce il punto di sensibilità; la sfera può essere appoggiata ad un foro della carrozzeria, ed in questo caso il suo posizionamento è non ambiguo, in quanto qualunque sua rotazione lascia inalterata la posizione del suo centro. La sfera può anche essere appoggiata ad un qualunque punto della carrozzeria di cui si voglia individuare la posizione.

Per effettuare le misure si può collocare il corpo di riferimento 5, comprendente i ricevitori 4, in una posizione fissa rispètto all'automezzo.

Se la misura da effettuare è relativa a parti della carrozzeria diverse dal pianale inferiore dell'auto 13, il corpo 5 si posiziona in corrispondenza del pavimento 14 (fig. 1), in vista della zona da misurare e ad una distanza non superiore ai tre metri dal più lontano punto di misura. Per superare questo limite i ricevitori possono essere disposti in modo da costituire un blocco bidirezionale, in modo da offrire una portata di oltre 6 metri in senso longitudinale.

Se la misura è invece relativa al pianale inferiore dell'auto 13, o a parti limitrofe ad esso, il veicolo deve essere sollevato da terra mediante un opportuno dispositivo di sollevamento; dopodiché il corpo di riferimento 5 viene collocato in posizione fissa al di sotto della scocca, in una zona circa equidistante dalle due estremità. Il collegamento tra pianale dell'auto 13 e corpo 5 è facilitato dalla presenza di magneti in corrispondenza di due vertici di quest'ultimo.

Dopo aver collocato i ricevitori 4, le misure si effettuano toccando con il tastatore 1 i punti di cui si vogliono rilevare le quote. Un esempio di quote, per 22 punti notevoli dell'automezzo, è indicato in figura 9.

Una volta posizionato il tastatore 1 in corrispondenza del punto da misurare, si chiede l'esecuzione della misura mediante la pressione di un pulsante sul tastatore (non mostrato); questo causa l'inizio della sequenza di emissione di impulsi ultrasonici<' >15 che permettono, mediante la misura dei loro tempi di transito per giungere ai ricevitori 4, di rilevare la posizione del tastatore 1 stesso.

Il campo di misura per il tastatore 1 è definito come un .doppio tronco di cono, con le basi minori posizionate in corrispondenza del blocco dei ricevitori, e con angoli al vertice di oltre 60°. Il corpo 5 di riferimento per i ricevitori 4 può essere comunque posizionato rispetto all'oggetto da misurare, purché esso sia all'interno del doppio cono di misura.

Mediante l'apparecchiatura secondo l'invenzione, dato un oggetto è possibile, mediante una procedura automatica di calibrazione, rilevare, oltre alle distanze tra i punti, anche le loro quote assolute nello spazio, relativamente al sistema di riferimento usato per l'inserzione dell'oggetto nella banca dati. Nel caso di impiego per le autovetture, essa permette di rilevare le posizioni nello spazio di qualunque punto esterno dell'intera carrozzeria.

Inoltre, l'apparecchiatura descritta permette, mediante una opportuna procedura, il rilievo delle quote degli autoveicoli nuovi per la creazione della banca di dati da fornire insieme all'apparecchiatura stessa.

La descrizione di cui sopra di varie forme esecutive specifiche è 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 tali forme esecutive specifiche senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e , quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forme esecutive specifiche. 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

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per la rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento, caratterizzata dal fatto di comprendere: - un tastatore, atto ad essere portato a contatto con detti oggetti da misurare, detto tastatore avendo almeno due emettitori di ultrasuoni, - un punto di sensibilità, previsto su detto tastatore e in posizione nota e costante rispetto a detti emettitori; - un corpo di riferimento comprendente almeno tre ricevitori, disposti in posizione reciproca nota e costante,-- mezzi di correlazione tra a) i ritardi temporali intercorsi tra l'istante di emissione di segnali da parte di detti emettitori e l'istante di ricezione di detti segnali da parte di detti ricevitori, e b) la posizione spaziale di detto tastatore rispetto a detti ricevitori.
2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di correlazione comprendono: - un unita elettronica di controllo comprendente mezzi per pilotare detti emettitori, mezzi per elaborare i segnali generati da detti ricevitori, e mezzi per misurare i ritardi temporali con cui gli impulsi di detti emettitori raggiungono detti ricevitori a partire dal momento in cui sono stati emessi; una unità elaboratrice connessa con detta unità elettronica di controllo e comprendente mezzi di presentazione ad un operatore un monitor; - un software residente in detta unità elaboratrice il quale, a partire dalle misure di detti ritardi temporali, determina la posizione di detto punto di sensibilità del tastatore e la comunica a detti mezzi di presentazione.
3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui detto software comprende: - una parte algoritmica che, mediante l'applicazione di considerazioni geometriche nello spazio a tre dimensioni, estrae coordinate dai ritardi temporali; - una banca di dati che contiene le informazioni dimensionali degli oggetti da misurare, quali ad esempio autovetture presenti sul mercato, dette informazioni essendo confrontate con dette coordinate.
4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto software comprende una parte di presentazione che permette l'estrazione dalla banca dati dello specifico modello di auto da misurare, permette l’effettuazione delle misure e ne presenta i risultati, gestisce una banca dati dei clienti della carrozzeria o dell’ente che effettua le misure, effettua le stampe con i risultati delle misure.
5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto punto di sensibilità di detto tastatore è allineato con detti emettitori.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto tastatore comprende un giunto cardanico e detto punto di sensibilità è il punto centrale della crociera di detto giunto cardanico.
7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto tastatore comprende un elemento sferico e detto punto di sensibilità ne è il centro.
8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto corpo di riferimento è un supporto triangolare e detti emettitori sono disposti ai suoi vertici.
9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto corpo di riferimento comprende mezzi di attacco all'oggetto da misurare, quali in particolare mezzi magnetici .
10.Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui per la misura della velocità di propagazione del suono nelle condizioni (pressione, temperatura e umidità) in cui si effettuano le misure, è prevista una coppia emettitorericevitore, posti iri asse a distanza nota e connessi con detta unità elettronica di controllo, per cui la misura delle distanze in funzione dei ritardi temporali viene affinata mediante una misura continua della velocità di propagazione del suono nell'aria.
11. Metodo di rilevazione, mediante ultrasuoni, delle coordinate di oggetti rispetto ad un sistema di riferimento, ed in particolare, mediante l'apparecchiatura secondo l'invenzione, delle posizioni spaziali del punto di sensibilità di un tastatore che va a contatto con detto oggetto, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di : - emissione di ultrasuoni a partire da almeno due punti emettitori in posizione nota rispetto a detto punto di sensibilità; - ricezione di detti ultrasuoni da almeno tre punti ricevitori, disposti in posizione reciproca nota e costante ; - correlazione tra a) i ritardi temporali intercorsi tra l'istante di emissione di segnali da parte di detti emettitori e l'istante di ricezione di detti segnali da parte di detti punti ricevitori, e b) la posizione spaziale di detti punti di emissione rispetto a detti punti ricevitori.
12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detti emettitori sono allineati con detto punto di sensibilità.