ITPR20130049A1 - Dispositivo e metodo per la visione ottica di oggetti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: DISPOSITIVO E METODO PER LA VISIONE OTTICA DI OGGETTI

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE

Il presente trovato si inserisce nel campo dei sistemi di visione ottica di oggetti. In pratica il trovato consente di ispezionare, mediante almeno un sistema di visione ottico superiormente disposto rispetto all’asse di avanzamento dell’oggetto, superfici esterne con sporgenze e/o rientranze, di oggetti in movimento su nastri trasportatori. Acquisita l’immagine dell’oggetto, questa viene analizzata mediante un software e in modo automatico, al fine di controllare e/o misurare quanto di interesse. Dopodiché, se l’oggetto non sarà conforme a quanto voluto, potrà essere espulso, automaticamente, dalla linea di produzione.

STATO DELL’ARTE

Sono noti sistemi di visione che utilizzano una telecamera o genericamente un gruppo ottico superiormente disposto rispetto all’avanzamento dell’oggetto; tuttavia, detti sistemi noti hanno vari problemi, tra i quali:

- non lavorano con una angolazione consona e tale da poter vedere all’interno delle sporgenze/rientranze; questo perché utilizzano lenti o gruppi di lenti di tipo convergente e/o divergente di diametri limitati,

- le lenti convergenti o divergenti e/o i gruppi di lenti utilizzate sono di tipo tradizionale e con un solo punto focale e quindi la superficie esterna dell’oggetto à ̈ vista con raggi di luce non paralleli e convergenti nel fuoco del sistema; non à ̈ possibile quindi una analisi lineare, identica, con le stesse proporzioni, alle varie altezze dell’oggetto; un altro inconveniente à ̈ che qualora l’oggetto fosse decentrato, le immagini verrebbero deformate per cui l’oggetto deve passare perfettamente in asse;nel caso in oggetto non si ha questi problemi; - i sistemi che impiegano prismi o sistemi di tipo prismatico per aumentare l’angolazione, hanno l’inconveniente di avere prismi a superfici piane; da ciò ne consegue che non sono adatti per ottenere una distribuzione di raggi di luce paralleli o eventualmente con la voluta convergenza,

- altri sistemi utilizzano, per aumentare l’angolazione, prismi o specchi in modo da avere immagini multiple da vari punti di vista; tuttavia, c’à ̈ anche il problema dell’analisi di tutte queste immagini che spezzettano tutta la superficie esterna in molteplici immagini da analizzare, ognuna che riguarda una porzione di superficie; non c’à ̈ una visione di insieme in un’unica immagine se non, eventualmente, dopo una elaborazione per l’unione via software delle varie immagini componenti.

I problemi sopra indicati sono dovuti al fatto che:

1. Una semplice telecamera da sopra non riuscirebbe a vedere all’interno delle rientranze.

2. Una telecamera pressoché orizzontale non riuscirebbe ad apprezzare la profondità delle rientranze ed inoltre vedrebbe solo una parte della superficie esterna, non tutt'attorno. Servirebbero quindi più telecamere per avere l’immagine di tutta la superficie esterna che così però à ̈ comunque composta da un numero N di immagini, di parte della stessa, prese da angolazioni differenti.

Scopo del trovato à ̈ quello di mettere a disposizione della tecnica un dispositivo in grado di controllare tutta la superficie esterna mediante l’analisi di una sola immagine che contenga tutti i 360° e anche la parte superiore dell’oggetto, e lavorare con una angolazione tale da poter vedere all’interno delle sporgenze.

In particolare il sistema comprende almeno una lente anulare/toroidale, calcolata con le leggi dell’ottica, per deviare i raggi di luce nelle direzioni volute e più precisamente una lente in cui i raggi di luce, della porzione anulare esterna della lente, sull’oggetto sono paralleli tra loro in modo da mantenere le stesse proporzioni in tutta l’area laterale dell’oggetto che viene controllata.

In alternativa, si prevede l’impiego di un gruppo di 2-3 lenti sovrapposte, più sottili ma con forma simile, al fine di ridurre le aberrazioni.

Una variante à ̈ quella che prevede una lente anulare/toroidale, calcolata con le leggi dell’ottica, per deviare i raggi di luce nelle direzioni volute e più precisamente una lente in cui i raggi di luce, della porzione anulare esterna della lente, sull’oggetto sono coincidenti in un punto di fuoco esterno all’asse di visione in modo da ingrandire la visione di una porzione dell’oggetto controllato.

Una tipologia di applicazione di tali sistemi à ̈ il controllo in linea del filetto delle bottiglie, che può avere parti mancanti, oppure dimensioni e posizioni del filetto non adatte alla successiva fase di tappatura.

Un’altra tipologia di applicazione à ̈ quella relativa alla verifica della tappatura, in particolare nel caso delle capsule rullate con anche la verifica della non rottura dei ponticelli di unione tra le parti superiore ed inferiore del tappo.

Il vantaggio à ̈ quello di poter catturare tutta la superficie esterna di ogni oggetto in transito, in una sola immagine, compresa anche la sua parte superiore, mediante una sola telecamera verticalmente disposta in asse rispetto al passaggio degli oggetti sul nastro trasportatore

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal dispositivo e metodo per la visione ottica di oggetti, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno.

- Figura 1: illustra uno schema semplificato del dispositivo rivendicato,

- Figura 2: una variante del dispositivo di cui alla figura 1, in cui, anziché unica lente, il dispositivo utilizza una lente anulare/toroidale formata da in più anelli 8, 9, ognuno dei quali atto a deviare i raggi di luce di un angolo inferiore rispetto a quello che produce una deviazione angolare di ampio angolo come quello della lente di figura 1,

- Figura 3 e 4: illustrano due visioni d’insieme in cui il sistema descritto à ̈ operativo su una linea di trasporto oggetti, - Figura 3A: illustra una immagine dell’oggetto vista dalla telecamera del sistema

- Figura 5: una variante di realizzazione in cui la lente presenta porzione anulare atta a convergere i raggi su punti focali eccentrici ed esterni all’asse di visione definito come l’asse di congiunzione tra la telecamera e l’asse della lente.

DESCRIZIONE DEL TROVATO

Con particolare riferimento alle figure sopra indicate, si indica con 1, nel suo complesso un sistema per la visione ottica di oggetti 2.

Il sistema comprende, superiormente, almeno una telecamera 3 e almeno un’ottica 4, collegata a detta telecamera 3, ed avente la funzione di inquadrare una parte 5B, 8B e/o 9B di almeno una lente 5, 8, 9 discoidale ovvero con almeno una porzione anulare/toroidale secondo il significato nel seguito indicato.

Le lenti come visibile in figura 2 possono essere anche due o più, riferimenti 8 e 9.

Specificamente, la lente 5, oppure la 8 e/o la 9 di figura 2, à ̈ di conformazione discoidale, preferibilmente circolare, e può essere piena o cava, come in figura. In entrambi i casi, ovvero sia per lente piena che cava, viene definita una porzione 5D, 8D, 9D anulare, periferica, il cui profilo 5B, 5C à ̈ calcolato in modo da deviare i raggi 11, 12 di luce verso un oggetto posto in asse AA con la lente e il sistema di visione a monte.

La porzione centrale, 5E, 8E, 9E, può essere una porzione piena (parte della lente discoidale medesima) o presentare una corrispondente cavità; nel caso sia piena, ovvero di pezzo, detta porzione 5E, 8E, 9E centrale presenta profili calcolati con le leggi dell’ottica in modo da indirizzare corrispondenti raggi di luce sulla parte superiore dell’oggetto per l’acquisizione di almeno una porzione 2C superiore dell’oggetto.

Nel caso di cavità, questa può ospitare una ulteriore lente 6 convergente. Lo scopo della lente 6 à ̈ quello di essere di ausilio alla lente 5 infatti:

- mentre la disposizione e conformazione toroidale della lente 5, 8, 9 o sia porzione 5D, 8D, 9D, Ã ̈ tale da consentire di catturare tutta la superficie 2B esterna di ogni oggetto 2 in transito sotto la lente 5 stessa (e con una sola immagine acquisita),

- la lente 6, convergente, consente l’acquisizione della porzione 2C superiore dell’oggetto, ossia la porzione rivolta contro le superfici 6C e 5C delle lenti 5 e 6; più specificamente la lente 6 può non solo vedere ma anche ingrandire la parte centrale 2C.

Quanto sopra à ̈ verificato dalla figura 3A: essa illustra una immagine dell’oggetto vista dalla telecamera del sistema in oggetto; come si può notare vengono rilevate una serie di linee 20, chiuse ad anello e concentriche, che identificano la porzione 2B rilevata dalla porzione 5D della lente, mentre con 21 si indica quanto visto dalla porzione centrale, nella fattispecie dalla lente 6, vale a dire la porzione superiore 2C.

La lente 6 convergente può essere indipendente, come illustrano le tavole, oppure ottenuta durante la stessa lavorazione della parte laterale della lente 5.

Il sistema comprende altresì almeno un illuminatore 7 o mezzi equivalenti.

L’oggetto 2 à ̈ fatto transitare al di sotto della lente 5 e telecamera 3.

La telecamera à ̈ verticalmente disposta ed in asse AA con la lente e l’oggetto 2 avanza, in asse, su un mezzo trasportatore 12 La lente 5, 8, 9 ovvero sue porzioni 5D, 8D, 9D, sono conformate in modo da poter rilevare almeno una porzione della superficie laterale dell’oggetto 2

Secondo una prima forma preferita, la lente 5, 8, 9 ovvero sue porzioni 5D, 8D, 9D, sono conformate in modo da poter rilevare almeno una porzione della superficie laterale dell’oggetto 2 mediante una pluralità di raggi 11 paralleli.

Il metodo prevede quindi l’impiego di una lente 5, 8, 9 discoidale almeno operativa su una sua porzione toroidale/anulare esterna così da poter vedere a 360° la superficie 2B (laterale) dell’oggetto in transito. In aggiunta, il metodo prevede la visione indirizzata sulla porzione centrale così da vedere sia la superficie laterale che quella superiore.

Il metodo prevede inoltre di utilizzare luce monocromatica o a banda stretta o utilizzare luce a banda larga e collocare un filtro passabanda, a banda stretta, sull’ottica. Ciò consente di ridurre l’aberrazione, special modo quella cromatica.

Con particolare riferimento alla figura 2, si indica una alternativa di realizzazione in cui il dispositivo utilizza una lente anulare/toroidale formata da più anelli 8, 9, ognuno dei quali atto a deviare i raggi di luce di un angolo inferiore, in modo da ridurre l’aberrazione che produce invece una deviazione angolare di ampio angolo (come indicato nell’esempio della lente di figura 1).

Un tale sistema può essere adattato per controllare oggetti anche di dimensioni notevoli (come diametro e/o altezza, purché transitino sufficientemente distanziati tra loro per permettere la visione, inclinata, tutt'attorno) e anche oggetti non cilindrici.

Nel caso si debba lavorare con un preciso ingrandimento, la porzione 5D, 8D, 9D toroidale/anulare esterna à ̈ calcolata in modo da avere raggi 13 di luce non paralleli ma convergenti con rispettivi punti focali F1 ed F2 disassati ovvero eccentrici rispetto all’asse AA, punti lateralmente disposti come indicato in figura 5.

Come detto, anziché un toroide/anello la lente potrebbe essere piena e con lati superiore e inferiore paralleli tra loro nella zona centrale. Oppure in tale zona centrale la lente potrebbe avere altre forme e potrebbe anche essere tale da costituire una lente convergente in modo da amplificare la visione della parte superiore dell’oggetto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) per la visione ottica di oggetti 2 costituito da: almeno una telecamera 3 e almeno un’ottica 4, collegata a detta telecamera 3, detta ottica 4 inquadrante almeno una parte 5B, 8B di almeno una lente 5, 8, 9 discoidale; almeno un illuminatore 7 o sistema equivalente; caratterizzato dal fatto che detta lente (5, 8, 9) comprende almeno una porzione anulare 5D, 8D, 9D esterna, detta porzione essendo calcolata in modo da vedere a 360° tutta la superficie 2B esterna dell’oggetto 2 mediante l’analisi di una sola immagine.
2. 2. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la lente 5, 8, 9 ovvero sue porzioni 5D, 8D, 9D, sono conformate in modo da poter rilevare almeno una porzione della superficie laterale dell’oggetto 2.
3. 3. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i raggi di luce (11) deviati da detta porzione 5D, 8D, 9D recano una angolazione tale da poter vedere all’interno delle sporgenze laterali dell’oggetto.
4. 4. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la porzione centrale, 5E, 8E, 9E, può essere una porzione piena e parte della lente discoidale medesima, o presentare una corrispondente cavità; nel caso di porzione piena, ovvero di pezzo, detta porzione 5E, 8E, 9E centrale presenta profili calcolata con le leggi dell’ottica in modo da indirizzare corrispondenti raggi di luce sulla parte superiore dell’oggetto per l’acquisizione di almeno una porzione 2C superiore dell’oggetto; nel caso di cavità, questa può ospitare una ulteriore lente 6 convergente, di ausilio alla lente discoidale, così da consentire la visione della porzione 2C superiore dell’oggetto; la lente 6 può anche ingrandire la parte centrale 2C.
5. 5. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la lente 5, 8, 9 ovvero sue porzioni 5D, 8D, 9D, sono conformate in modo da poter rilevare almeno una porzione della superficie laterale dell’oggetto 2 mediante una pluralità di raggi 11 paralleli.
6. 6. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la lente 5, 8, 9 ovvero sue porzioni 5D, 8D, 9D, toroidale/anulare esterna à ̈ calcolata in modo da avere raggi 13 di luce non paralleli ma convergenti con rispettivi punti focali F1 ed F2 disassati ovvero eccentrici rispetto all’asse AA.
7. 7. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che utilizza più lenti 8, 9, ognuna delle quali devia i raggi di luce in modo da ridurre l’aberrazione che produce invece una deviazione angolare di ampio angolo.
8. 8. Metodo per la visione ottica di oggetti 2 che prevede l’acquisizione mediante almeno una telecamera 3 e almeno un’ottica 4 ad essa collegata e l’interposizione di almeno una lente 5, 8, 9 discoidale, caratterizzato dal fatto che detta lente (5, 8, 9) à ̈ calcolata in modo da comprendere almeno una porzione anulare 5D, 8D, 9D esterna, in grado di vedere a 360° tutta la superficie 2B esterna dell’oggetto 2 mediante l’analisi di una sola immagine; la lente 5, 8, 9 ovvero sue porzioni 5D, 8D, 9D, sono conformate in modo da poter rilevare almeno una porzione della superficie laterale dell’oggetto 2 mediante una pluralità di raggi 11 paralleli oppure reca porzioni 5D, 8D, 9D calcolate in modo da avere raggi 13 di luce non paralleli ma convergenti con rispettivi punti focali F1 ed F2 disassati ovvero eccentrici rispetto all’asse AA.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che prevede di utilizzare luce monocromatica o a banda stretta o utilizzare luce a banda larga e collocare un filtro passabanda, a banda stretta, sull’ottica.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che prevede di utilizzare la porzione centrale della lente 5, 8, 9 per l’acquisizione della porzione 2C superiore dell’oggetto 2.