ITRN20120029A1 - Macchina e metodo di misurazione ottica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“MACCHINA E METODO DI MISURAZIONE OTTICAâ€

La presente invenzione ha per oggetto una macchina ed un metodo di misura ottica.

La presente invenzione fa riferimento agli strumenti ottici per determinazione optoelettronica di parametri, in particolare per la misurazione di pezzi a sviluppo prevalentemente piano.

Nella tecnica nota sono conosciute numerose macchine per la misurazione ottica (optoelettrinica), comprendenti un piano di appoggio del pezzo, di materiale sostanzialmente trasparente, interposto tra una sorgente luminosa ed un rilevatore di immagini.

Le succitate macchine comprendono tipicamente un telaio fisso definente il piano di appoggio (vitreo) lungo il quale à ̈ mobile nelle direzioni principali X-Y il sistema optoelettronico di misura.

A titolo di esempio, il documento US2005/109959 mostra una macchina provvista di un piano di misura (appoggio) trasparente su cui à ̈ posizionabile il pezzo da misurare, una sorgente luminosa fissa, posta al di sotto del piano di misura ed orientata verso l’alto per investire tale pezzo con un fascio di luce, ed un sistema di acquisizione video, provvisto di una telecamera in parte mobile rispetto al piano (lungo due direzioni principali X-Y) per eseguire una pluralità di fotogrammi che, una volta combinati mediante un apposito software, determinano un’immagine completa del campo di misura (e del pezzo).

Alternativamente, dal documento US5008743 à ̈ nota la possibilità di utilizzare un piano di misura mobile rispetto all’ottica. Tale ottica à ̈ definita, inferiormente al piano di lavoro, da una pluralità di LED disposti in linea e, superiormente al piano di lavoro, da una lente di Fresnel conformata per indirizzate i raggi luminosi in una telecamera lineare. Svantaggiosamente, i dispositivi sopracitati presentano numerosi svantaggi.

Infatti, l’utilizzo di sorgenti luminose e di motorizzazioni elettriche porta spesso ad un surriscaldamento della macchina, ed in particolare del piano di misura e della telecamera, il che comporta numerose distorsioni nel campo di acquisizione, alterano la precisione di misura.

Inoltre, l’utilizzo di una pluralità di LED affacciati direttamente al pezzo non permette di controllare in modo efficiente la direzionalità dell’illuminazione.

La presenza delle lente di Fresnel per raccogliere i raggi luminosi ed indirizzarli alla telecamera aumenta la qualità dell’acquisizione rispetto al dispositivo del documento US2005/109959, senza tuttavia ottimizzala.

Il compito tecnico della presente invenzione à ̈ rendere disponibile una macchina ed un metodo di misura ottica che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, Ã ̈ scopo del presente trovato mettere a disposizione una macchina ed un metodo di misura ottica in grado di correggere le distorsioni termiche della telecamera e dei componenti.

Inoltre, scopo della presente invenzione à ̈ mettere a disposizione una macchina ed un metodo di misura ottica altamente performanti, atte a fornire misure di qualità in tempi brevi.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dalla macchina di misura ottica secondo la presente invenzione, la quale comprende un gruppo ottico di rilevamento provvisto di mezzi di illuminazione configurati per generare un fascio di luce lungo un prefissato cammino ottico e di mezzi di acquisizione video almeno in parte allineati ai mezzi di illuminazione lungo detto cammino ottico, in modo da ricevere detto fascio di luce; detti mezzi di acquisizione video avendo una predeterminata lunghezza focale ed un prefissato campo di visuale. La macchina comprende inoltre un supporto, interposto tra i mezzi di illuminazione ed i mezzi di acquisizione video, comprendente un pannello trasparente definente un piano di appoggio per un pezzo da misurare e disposto lungo detto cammino ottico per essere attraversato dal fascio di luce e mezzi di movimentazione configurati per generare un moto relativo tra il pannello trasparente ed il gruppo ottico di rilevamento lungo una direzione di moto ortogonale a detto cammino ottico, al fine di consentire l’acquisizione di una pluralità di fotogrammi del campo di visuale lungo detta direzione di moto definendo un’area di misura della macchina.

Secondo l’invenzione, la macchina comprende inoltre un corpo di raffronto collegato al supporto, sviluppantesi lungo due direzioni tra loro sostanzialmente ortogonali e disposto all’interno di detta area di misura della macchina in un piano posto ad una distanza dai mezzi di acquisizione video pari alla lunghezza focale, al fine di definire un elemento di comparazione per la correzione di un errore di misurazione.

In particolare, la macchina di misura comprende un’unità di elaborazione associata ai mezzi di acquisizione video e configurata per combinare i suddetti fotogrammi del campo di visuale al fine di realizzare un’immagine completa di detta area di misura.

L’unità di elaborazione à ̈ a sua volta provvista di un modulo di correzione configurato per comparare un parametro rappresentativo del valore di una posizione o di una dimensione di detto corpo di raffronto con un valore di riferimento memorizzato, al fine di calcolare un fattore correttivo dell’immagine acquisita.

Vantaggiosamente, in tal modo à ̈ possibile garantire la correttezza della misurazione, al netto delle derive (deformazioni) termiche e sistematiche.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra una vista prospettica della macchina di misura ottica secondo la presente invenzione, in una prima fase operativa;

- la figura 2 illustra una vista prospettica della macchina di misura ottica secondo la presente invenzione, in una seconda fase operativa;

- la figura 3 illustra una vista prospettica della macchina di misura ottica secondo la presente invenzione, in una fase di calibrazione;

- la figura 4 Ã ̈ una vista laterale schematica della macchina di misura ottica di figura 2.

Con riferimento alle allegate figure, con il numero 1 Ã ̈ indicata una macchina di misura ottica secondo la presente invenzione.

La macchina 1 à ̈ del tipo optoelettronico, ed à ̈ configurata per misurare principalmente pezzi 100 presentati geometria prevalentemente piana, o quantomeno senza particolari variazioni di forma lungo il proprio spessore.

La macchina 1 comprende un telaio 2 di sostegno presentante una base 3 conformata per consentire di collocare la macchina stessa su una superficie di appoggio, preferibilmente orizzontale.

La base presenta in via preferenziale una pluralità di piedi (non illustrati) regolabili per consentire un preciso livellamento con la superficie di appoggio, anche nel caso quest’ultima presenti forma irregolare. La macchina comprende inoltre un supporto 4, di forma preferibilmente piana, definente un piano di appoggio “A†per il pezzo 100 da misurare. Preferibilmente, il supporto 4 à ̈ sollevato rispetto alla base 3.

Tale supporto 4 comprende una cornice 5 planare (preferibilmente metallica) ed un pannello trasparente 6, sviluppantesi parallelamente a tale cornice 5 e definente il succitato piano di appoggio “A†del pezzo 100.

Preferibilmente, il pannello trasparente 6 Ã ̈ disposto in una porzione centrale del supporto 4, circondato dalla cornice 5, la quale ha preferibilmente funzione strutturale.

Nella forma realizzativa preferita, il pannello trasparente 6 à ̈ realizzato in materiale vitreo ad alta qualità. A titolo di esempio, tale pannello può essere realizzato in vetro borosilicato

Si noti che tale pannello trasparente 6 presenta uno spessore compreso tra 1 ed 10 mm.

La macchina 1 comprende inoltre un gruppo ottico di rilevamento 7 configurato per investire il pannello trasparente 6 (e dunque il pezzo 100 da misurare) con un fascio luminoso acquisendo l’immagine dell’ombra generata dalla presenza del pezzo 100.

In particolare, il gruppo ottico di rilevamento 7 à ̈ provvisto di mezzi di illuminazione 8 configurati per generare un fascio di luce lungo un prefissato cammino ottico “B†, e di mezzi di acquisizione video 9 allineati ai mezzi di illuminazione 8 (lungo il cammino ottico “B†) per ricevere almeno in parte il fascio luminoso “F†.

Dunque, il pannello trasparente 6 (e più in generale il supporto 4) à ̈ interposto tra i mezzi di acquisizione video 9 ed i mezzi di illuminazione 8 per consentire la misurazione del pezzo 100.

I mezzi di illuminazione 8 comprendono almeno una sorgente luminosa 8a orientata verso il pannello trasparente 6 per investirlo con il fascio di luce.

Nella forma realizzativa preferita, i mezzi di illuminazione 8 comprendono un’unica sorgente luminosa 8a. Preferibilmente, tale unica sorgente luminosa 8a à ̈ del tipo a LED (Light Emitting Diode).

Inoltre, i mezzi di illuminazione 8 comprendono un’ottica 8b associata alla sorgente luminosa 8a per irradiare il fascio di luce verso il pannello trasparente 6. Il vantaggio correlato a tale caratteristica risulterà maggiormente chiaro nel prosieguo del presente testo.

I mezzi di acquisizione video 9 presentano una predeterminata lunghezza focale “F†ed un prefissato campo di visuale “V†.

Con il termine “lunghezza focale†di intende la misura del potere di messa a fuoco di un sistema ottico. In particolare, essa coincide con la distanza (in mm) fra tale sistema ottico e un piano focale quando l'oggetto da mettere a fuoco à ̈ all'infinito (quindi i raggi ottici sono paralleli all'asse del sistema).

Il “campo di visuale†à ̈ invece il campo in cui i mezzi di acquisizione video 9 sono attivi in ogni istante, ed à ̈ funzione del cosiddetto angolo di campo, ovvero l'estensione angolare del suo cerchio di copertura.

Si noti che i mezzi di acquisizione video 9 comprendono una telecamera 9a provvista di una rispettiva ottica 9b. Dunque, il campo di visuale “V†e la lunghezza focale “F†sono definiti in combinazione dalle specifiche della telecamera 9a e dalla tipologia dell’ottica 9b.

Nella forma realizzativa preferita, la telecamera 9a à ̈ del tipo lineare. Dunque, il campo di visuale “V†à ̈ sostanzialmente definito da un segmento lineare (array).

Nella forma realizzativa preferita, il campo di visuale “V†à ̈ un segmento di lunghezza compresa tra 0 ed 170 mm, preferibilmente circa 150 mm.

Inoltre, la lunghezza focale “F†à ̈ compresa tra 130 e 150mm, preferibilmente circa 140 mm.

Preferibilmente, dunque, l’ottica 8b dei mezzi di illuminazione 8 à ̈ affacciata ed allineata lungo il cammino ottico “B†(definente una direzione operativa) all’ottica 9b dei mezzi di acquisizione video 9.

Il pannello trasparente 6 à ̈ interposto tra tali ottiche 8b, 9b lungo la succitata direzione operativa, orientato trasversalmente, preferibilmente ortogonalmente ad essa. Nella forma realizzativa illustrata, la congiungente tra le due ottiche 8b, 9b (corrispondente alla direzione operativa) à ̈ sostanzialmente verticale, mentre il pannello trasparente 6 giace in un piano orizzontale, corrispondente al piano di appoggio “A†del pezzo 100. Dunque, il cammino ottico “B†, nel tratto tra le due ottiche 8b, 9b dei mezzi di illuminazione 8 e dei mezzi di acquisizione video 9 à ̈ sostanzialmente rettilineo e verticale.

Vantaggiosamente, in tal modo il posizionamento del pezzo 100 da misurare risulta semplice e veloce, non necessitando peraltro di alcun fissaggio.

Preferibilmente, tali ottiche 8b, 9b sono poste ad una distanza “L†l’una dall’altra.

Inoltre, al fine di migliorare la qualità dell’immagine acquisita dalla telecamera 9a, l’ottica 9b dei mezzi di acquisizione video 9 à ̈ di tipo telecentrico.

Preferibilmente, anche l’ottica 8b dei mezzi di illuminazione 8 à ̈ di tipo telecentrico.

Con il termine “telecentrico†sono intese ottiche nelle quali i raggi principali sono paralleli all'asse ottico. Le ottiche 8b, 9b dei mezzi di acquisizione video 9 e dei mezzi di illuminazione 8 risultano dunque tra loro collimate.

Vantaggiosamente, in tal modo, l’immagine acquisita à ̈ completamente priva di deformazioni dovute alla diffrazione dei raggi di luce.

La macchina 1 comprende inoltre mezzi di movimentazione 10 configurati per generare un moto relativo tra il pannello trasparente 6 ed il gruppo ottico 7 di rilevamento lungo una direzione di moto “C†ortogonale al cammino ottico “B†, al fine di consentire l’acquisizione di una pluralità di fotogrammi del campo di visuale “V†lungo tale direzione di moto “C†.

Di conseguenza, la telecamera 9a à ̈ predisposta per rilevare una successione di fotogrammi lungo il pannello trasparente 6 (in particolare lungo la direzione di moto “C†) quando i mezzi di movimentazione 10 sono attivi. In tal modo viene definita un’area di misura “M†della macchina 1, ovvero un’area di cui viene rilevata l’immagine da misurare.

Tale area di misura “M†presenta dimensione variabile in funzione della forma e dimensione pezzo 100 da misurare. Più precisamente, l’estensione dell’area di misura “M†della macchina 1 à ̈ funzione di una corsa utile dei mezzi di movimentazione 10.

Dunque, l’area di misura “M†à ̈ definita dalla moltiplicazione del campo di visuale “V†(in tal caso lineare) per la corsa utile dei mezzi di movimentazione Tuttavia, si noti che la massima dimensione dell’area di misura “M†à ̈ definita dalla dimensione del pannello trasparente 6.

Preferibilmente, tali mezzi di movimentazione 10 sono configurati per movimentare il supporto 4 (e dunque il pannello trasparente 6) rispetto al gruppo ottico 7 di rilevamento.

Più precisamente, il supporto 4 à ̈ scorrevole rispetto al gruppo ottico 7 lungo la direzione di moto “C†, ovvero ortogonalmente al cammino ottico “B†.

Dunque, i mezzi di movimentazione 10 comprendono un motore 11 e mezzi di trasmissione 12 del moto interposti tra il motore 11 stesso ed il supporto 4.

Preferibilmente, tali mezzi di trasmissione 12 sono definiti da una vite a ricircolo di sfere 13 ed almeno una chiocciola 14 solidale al supporto 4 per movimentarlo lungo la direzione di moto “C†.

Si noti che, in una forma di realizzazione alternativa, i mezzi di trasmissione sono definiti da una cremagliera (o cinghia) accoppiata con un pignone (o puleggia) rigidamente connesso al motore.

In sostituzione dell’attuazione elettrica, i mezzi di generazione potrebbero comprendere un cilindro idraulico/pneumatico collegato (direttamente od indirettamente) al supporto 4 per eseguire l’attuazione lineare lungo la direzione di moto “C†.

Per facilitare tale movimentazione, il telaio 2 comprende almeno una guida 15 cui à ̈ scorrevolmente associato il supporto 4. Tale guida 15 si sviluppa lungo la direzione di moto “C†. A tale proposito, il supporto 4 à ̈ provvisto di almeno un pattino 16 scorrevolmente vincolato alla guida 15. Dunque, l’insieme del supporto 4 con il pattino 16 definisce un carrello 17 scorrevole. Nella forma realizzativa illustrata, il telaio 2 à ̈ provvisto di due guide 15 tra loro parallele per migliorarne l’equilibrio e la stabilità.

In questa luce, il supporto 4 Ã ̈ provvisto di almeno due pattini 16 (preferibilmente quattro).

Preferibilmente, il supporto 4 (dunque il carrello 17) Ã ̈ scorrevolmente associato ad un sensore di spostamento 27.

Preferibilmente, il sensore di spostamento 27 à ̈ definito da una riga ottica 27a fissata al telaio 2 e disposta parallelamente alla direzione di moto “C†.

Tale riga ottica 27a à ̈ provvista di una pluralità di tacche (preferibilmente un reticolo di cromo fotoinciso a passo costante).

I mezzi di acquisizione video 9, ed in particolare la telecamera 9a, sono configurati per acquisire un fotogramma del campo di visuale “V†al raggiungimento di ciascuna tacca della riga ottica 27a.

In una forma realizzativa alternativa, sarebbe possibile movimentare il gruppo ottico 7 mantenendo fissa la posizione del pannello trasparente 6; dunque in tal caso i mezzi di movimentazione 10 sarebbero operativamente attivi sul gruppo ottico 7.

Inoltre, per velocizzare l’acquisizione dell’immagine, à ̈ prevista una forma di realizzazione (non illustrata), in cui sia il supporto 4 che il gruppo ottico 7 sono mobili l’uno rispetto all’altro lungo la direzione di moto “C†; in tal caso i mezzi di movimentazione 10 sono operativamente attivi su entrambi gli elementi (il supporto 4 ed il gruppo ottico 7), i quali sono mobili rispetto al telaio 2.

Al fine di comandare il moto e le acquisizioni, la macchina 1 comprende un’unità di controllo 18 associata ai mezzi di movimentazione 10 ed al gruppo ottico 7 per azionarli in collaborazione al fine di acquisire un’immagine del pezzo 100.

Più precisamente, la macchina 1 (preferibilmente l’unità di controllo 18) comprende modulo di elaborazione 19 (o elaboratore) associato ai mezzi di acquisizione video 9 per combinare la pluralità di fotogrammi eseguiti durante la corsa dei mezzi di movimentazione 10 al fine di realizzare un’immagine completa dell’area di misura “M†.

Tale modulo di elaborazione 19 à ̈ associato ad un’interfaccia 28 video, configurata per scambiare dati con il modulo di elaborazione 19 (e con l’unità di controllo) e per visualizzare l’immagine acquisita ad un operatore, consentendogli di ricavare le misure desiderate.

In altre parole, l’acquisizione dell’immagine avviene come una scansione continua, in cui un encoder lineare di posizione garantisce il sincronismo tra il movimento relativo tra la telecamera 9a ed il pezzo 100.

Secondo l’invenzione, la macchina 1 comprende mezzi di correzione dell’errore nella misurazione del pezzo 100. A tale proposito, i mezzi di correzione comprendono un corpo di raffronto 20 collegato al supporto 4 e sviluppantesi lungo due direzioni tra loro sostanzialmente ortogonali.

Tale corpo di raffronto 20 à ̈ almeno in parte collocato all’interno dell’area di misura “M†della macchina 1. In altre parole, il corpo di raffronto 20 à ̈ almeno in parte collocato all’interno del campo di visuale “V†dei mezzi di acquisizione video 9 in ciascun fotogramma (ovvero in ogni posizione dei mezzi di acquisizione video 9 all’interno della corsa utile dei mezzi di movimentazione 10).

Inoltre, il corpo di raffronto 20 à ̈ collocato ad una distanza dalla telecamera (in particolare dalla sua ottica 10) pari alla distanza focale “D†, in modo da risultare sempre a fuoco all’interno di ciascun fotogramma.

Preferibilmente, il corpo di raffronto 20 comprende almeno un segmento 23 provvisto di una pluralità di elementi di comparazione 24 disposti in successione lungo una direzione di sviluppo del segmento “D†stesso. Preferibilmente, ciascun elemento di comparazione 24 à ̈ sostanzialmente equidistante dai due elementi di comparazione 24 adiacenti. Dunque, gli elementi di comparazione 24 sono equispaziati lungo il segmento 23. Nella forma realizzativa illustrata, tali elementi di comparazione 24 sono definiti da una pluralità di protuberanze aggettanti parallelamente al pannello trasparente 6.

Preferibilmente, le suddette protuberanze presentano conformazione sostanzialmente cilindrica. L’asse centrale di ciascuna protuberanza cilindrica à ̈ equidistante dagli assi centrali delle due protuberanze adiacenti.

Alternativamente, tuttavia, gli elementi di riferimento potrebbero essere definiti da tacche, scanalature o protuberanze di altra forma.

Al fine di calcolare un fattore correttivo dell’immagine acquisita, l’unità di elaborazione 19 à ̈ provvista di un modulo di correzione 21 configurato per comparare un parametro rappresentativo del valore di una posizione o di una dimensione di detto corpo di raffronto 20 con un valore di riferimento memorizzato.

Dunque, l’unità di elaborazione 21 comprende almeno una memoria 22 predisposta per ricevere una pluralità di dati rappresentativi di uno o più di tali valori di riferimento.

Preferibilmente, il modulo di correzione 19 à ̈ configurato per raffrontare un valore rappresentativo della posizione di ciascun elemento di comparazione 24 nell’immagine acquisita dalla telecamera 9a con un corrispondente valore di riferimento memorizzato.

Vantaggiosamente, in tal modo à ̈ possibile calcolare fattori correttivi dell’immagine, eliminando le distorsioni termiche dovute a fattori quali surriscaldamento della telecamera o dell’ottica, oppure deformazioni dell’immagine dovute ad agenti esterni.

Inoltre, tale modulo di correzione 19 à ̈ programmato per calcolare il citato fattore correttivo dell’immagine per ognuno degli elementi di comparazione 24, in modo da poter fornire correzioni differenti per ciascuna zona di detta immagine acquisita (ovvero per ciascuna zona dell’area di misura “M†).

In particolare, i valori di riferimento memorizzati (all’interno della memoria 22) sono ciascuno rappresentativo della posizione del medesimo elemento di comparazione 24 rilevata in prefissate condizioni atmosferiche e di utilizzo.

Tali prefissate condizioni sono quelle standard di misura, ovvero:

- temperatura compresa tra 15 °C e 25°C, preferibilmente i 20°C;

- umidità compresa tra il 50 ed il 70%, preferibilmente del 60%.

Nella forma realizzativa preferita, la correzione viene eseguita mediante la seguente formula:

Compensazione = K * x q

in cui “K†e “q†sono i coefficienti di una retta ottenuta dall’interpolazione (ai minimi quadrati) di tutte le deviazioni misurate sul corpo di raffronto 20 rispetto alla posizione di detto corpo di raffronto 20 misurato durante la fase di calibrazione.

Tale calcolo tiene sempre in considerazione la deformazione termica del corpo di raffronto 20 in base alla temperatura fornita dalla sonda 25 in fase di calibrazione ed in fase misura, secondo l’approssimazione di avere una deformazione lineare lungo la direzione del corpo di raffronto 20.

Preferibilmente, inoltre, il corpo di raffronto 20 Ã ̈ dotato di una sonda di temperatura 25 associata al modulo di correzione 19 per consentire di correggere gli errori di misura dovuti alla variazione di temperatura del corpo di raffronto 20 stesso.

In particolare, il modulo di correzione 21 à ̈ predisposto per ricevere dalla sonda di temperatura 25 un segnale rappresentativo della temperatura del corpo di raffronto 20 ed à ̈ configurato per calcolare un ulteriore fattore correttivo da applicare al valore di riferimento memorizzato.

In altre parole, la presenza della sonda di temperatura 25 consente di evitare che le deformazioni termiche del corpo di raffronto 20 influiscano sul corretto calcolo del fattore correttivo.

Infatti, essendo noto il comportamento del materiale del corpo di raffronto 20 al variare della temperatura, Ã ̈ possibile conoscerne in anticipo le variazioni dimensionali.

In questo modo si evita dunque che la variazione nella dimensione del corpo di raffronto 20 infici la correttezza della misurazione.

Nella pratica, il modulo di correzione 21 calcola un primo fattore correttivo (corrispondente all’ulteriore fattore correttivo) in funzione della temperatura misurata del corpo di raffronto 20 e lo applica al valore di riferimento memorizzato (relativo alla posizione memorizzata degli elementi di comparazione 24 in condizioni standard).

In seguito, viene calcolato un secondo fattore correttivo funzione della comparazione tra la posizione o dimensione dell’elemento di riscontro 20 acquisita e quella memorizzata.

Dal punto di vista strutturale, il corpo di raffronto 20 comprende almeno un primo 23a ed un secondo segmento 23b tra loro ortogonali ed aventi rispettivamente una prima “D1†ed una seconda dimensione “D2†.

Nella forma realizzativa illustrata, le dimensioni “D1†e “D2†corrispondono alle dimensioni principali del pannello trasparente 6.

Dunque, il campo di visuale “V†dei mezzi di acquisizione video 9 presenta una dimensione principale (ovvero, essendo la telecamera 9a lineare, l’unica dimensione) parallela al primo segmento 23a di lunghezza almeno pari alla prima dimensione.

Si noti che i mezzi di movimentazione 10 configurati per coprire una corsa utile parallela al secondo segmento 23b per determinare l’estensione dell’area di misura “M†.

Preferibilmente, al fine di rendere la sua presenza poco invasiva, il corpo di raffronto 20 à ̈ disposto in una porzione periferica dell’area di misura “M†(e dunque del campo di visuale “V†della telecamera 9a).

Più precisamente, tale corpo di raffronto 20 attornia almeno in parte il pannello trasparente 6, fornendo un parametro di comparazione per ciascun fotogramma acquisito.

Nella forma realizzativa illustrata, il primo 23a ed il secondo segmento 23b definiscono una struttura sostanzialmente sagomata ad “L†disposta lungo la periferia del pannello trasparente 6 delimitando almeno in parte l’area di misura “M†.

Preferibilmente il pannello trasparente 6 à ̈ collegato al supporto 4 in modo da potersi muovere in avvicinamento ed allontanamento dal corpo di raffronto 20 lungo una direzione parallela al cammino ottico “B†, in modo da permettere un adattamento della macchina 1 alla misurazione di pezzi 100 dallo spessore differente.

Più precisamente, il pannello trasparente 6 à ̈ collocato ad una distanza dai mezzi di acquisizione video 9 (in particolare dall’ottica 9b) maggiore o uguale rispetto alla lunghezza focale “F†ed à ̈ mobile in allontanamento da essa.

Dunque, se il corpo di raffronto 20 giace nel piano focale, il pannello trasparente 6 Ã ̈ mobile in avvicinamento od allontanamento da esso.

Tale movimentazione à ̈ preferibilmente governabile dall’operatore mediante mezzi di regolazione (automatici o manuali) in funzione dello spessore “s†del pezzo 100 da misurare.

Dunque, tali mezzi di regolazione sono operativamente interposti tra il supporto 4 (in particolare la cornice 5) ed il pannello trasparente 6.

Nella forma realizzativa preferita, i mezzi di acquisizione video (dunque la telecamera 9b) sono collocati al di sopra del pannello trasparente 6, mentre i mezzi di illuminazione 8 sono disposti al di sotto dello stesso.

Dunque, una movimentazione del pannello trasparente 6 stesso in avvicinamento od allontanamento dalla telecamera 9a consente di variare la quota del piano di appoggio “A†del pezzo 100 in funzione del suo spessore “s†, posizionando la porzione di pezzo di cui interessa la misura nel piano focale, ovvero allineata al corpo di raffronto 20.

La macchina 1 viene dunque utilizzata per eseguire misure su pezzi 100 di geometria sostanzialmente planare, implementando dunque un metodo di misurazione, anch’esso oggetto della presente invenzione.

Il metodo tuttavia potrebbe essere implementato anche da una macchina di misura ottica presentante alcune caratteristiche differenti da quella descritta.

Tale macchina in ogni caso deve presentare almeno un gruppo ottico 7 di rilevamento provvisto di mezzi di illuminazione 8 e di mezzi di acquisizione video 9 tra i quali à ̈ interposto un pannello trasparente 6 per essere attraversato da un fascio di luce.

Il metodo prevede una fase di predisposizione di un corpo di raffronto 20 avente posizione o dimensioni predeterminate (o memorizzate) all’interno dell’area di misura “M†della macchina 1 (e dunque del campo di visuale “V†della telecamera 9a).

In particolare, Ã ̈ predeterminata la posizione di ciascuno degli elementi di comparazione 24 descritti in precedenza.

A seguito di ciò, il pezzo da misurare 100 viene posizionato sul pannello trasparente 6.

Qualora sia necessario, Ã ̈ possibile movimentare il pannello trasparente 6 in avvicinamento od allontanamento dai mezzi di acquisizione video 9 per posizionare la porzione di pezzo 100 di cui interessa la misura nel piano focale, ovvero allineata al corpo di raffronto 20.

Una volta posizionato (anche prima se necessario) il pezzo 100, il gruppo ottico 7 di rilevamento viene attivato per acquisire almeno un fotogramma (preferibilmente una pluralità) del campo di visuale “V†di detti. Dunque, vengono attivati i mezzi di illuminazione 8 ed i mezzi di acquisizione video 9.

E’ prevista poi la generazione di un moto relativo tra il pannello 6 ed il gruppo ottico 7 di rilevamento lungo una direzione di moto “C†ortogonale ad una congiungente tra la telecamera 9a ed i mezzi di illuminazione 8 (ovvero ortogonale al cammino ottico “B†).

In tal modo viene acquisita una successione di fotogrammi del campo di visuale “V†lungo la direzione di moto “C†tale da ottenere un’immagine completa dell’area di misura “M†della macchina 1 (e dunque del pezzo 100 e del corpo di raffronto 20).

A questo punto, il metodo prevede una fase di comparazione tra la posizione o dimensione del corpo di raffronto 20 acquisita e quella predeterminata, a cui segue una correzione della misura dell’immagine acquisita del pezzo 100 in funzione di tale comparazione. La fase di correzione prevede preferibilmente il calcolo di almeno un fattore correttivo (o parametro correttivo).

Preferibilmente, il metodo prevede anche una fase di misurazione della temperatura del corpo di raffronto 20, eseguita in via preferenziale contestualmente all’acquisizione delle immagini.

In tale caso, la fase di correzione della misura dell’immagine del pezzo 100 comprende anche la sottofase di calcolo di un primo fattore correttivo in funzione della temperatura misurata del corpo di raffronto 20. Tale primo fattore correttivo viene applicato alla posizione predeterminata degli elementi di comparazione 24, i quali a seguito della variazione di temperatura hanno cambiato la loro posizione.

In seguito, viene calcolato un secondo fattore correttivo funzione della comparazione tra la posizione o dimensione dell’elemento di riscontro 20 acquisita e quella predeterminata.

Preferibilmente, al fine di determinare la posizione (preferibile) o la dimensione (alternativo o complementare) del corpo di riscontro 20, il metodo prevede preliminarmente una fase di calibrazione.

Si noti che la fase di calibrazione à ̈ realizzata in prefissate condizioni atmosferiche e di utilizzo, le quali sono corrispondenti a quelle riportate in precedenza nella descrizione della macchina 1.

La fase di calibrazione comprende una pluralità di sottofasi.

In prima battuta viene predisposto il corpo di raffronto 20 all’interno dell’area di misura “M†della macchina 1. Inoltre, viene posizionato sul pannello trasparente 6 di un elemento di calibrazione 26 avente dimensioni note, ad una distanza dai mezzi di acquisizione video 9 corrispondente alla lunghezza focale “F†.

Preferibilmente, l’elemento di calibrazione 26 à ̈ definito da un reticolo (pattern) semipermeabile alla luce di dimensioni note da laboratorio.

Il reticolo à ̈ semipermeabile alla luce in quanto presenta un’alternanza di porzioni opache e trasparenti di dimensioni note (tipicamente quadrati) e dunque utili come riferimento per la calibrazione.

Dunque, i mezzi di illuminazione 8 ed i mezzi di acquisizione video 9 (in particolare la telecamera 9a) vengono attivati per acquisire almeno un fotogramma del campo di visuale “V†.

Successivamente, viene generato un moto relativo tra il pannello 6 ed il gruppo ottico 7 di rilevamento lungo la direzione di moto “C†(ovvero ortogonalmente al cammino ottico “B†).

In tal modo viene acquisita una successione di fotogrammi del campo di visuale “V†lungo la direzione di moto “C†tale da ottenere un’immagine completa dell’area di misura “M†della macchina 1 (e dunque dell’elemento di calibrazione 26 e del corpo di raffronto 20).

A seguito di ciò, mediante un’unità di elaborazione 19, vengono determinate la posizione e/o la dimensione del corpo di raffronto 20 in funzione delle dimensioni note dell’elemento di calibrazione 26.

La posizione e/o la dimensione del corpo di raffronto (in particolare di ciascuno degli elementi di comparazione 24 descritti in precedenza) vengono memorizzate.

A questo punto, l’elemento di calibrazione 26 viene rimosso ed à ̈ possibile iniziare la misurazione dei pezzi 100.

L’invenzione raggiunge gli scopi preposti e consegue importanti vantaggi.

Infatti, la presenza di un corpo di riscontro di cui sono predeterminate (o meglio memorizzate) le caratteristiche di posizione (o dimensionali) consente di controllare le derive termiche della macchina, correggendo gli errori ed ottimizzando la misurazione. Peraltro, collocando il corpo di raffronto in una porzione periferica del pannello trasparente esso à ̈ poco invasivo, benché sempre presente all’interno del campo di visuale della telecamera.

Inoltre, la possibilità di controllarne la temperatura evita che le deformazioni del corpo di raffronto inficino la correttezza della misurazione.

Ancora, l’utilizzo di ottiche tele centriche per entrambi gli elementi del gruppo ottico di rilevamento rendono la misura altamente precisa in tutto il campo di misura, evitando deformazioni dell’immagine dovuta alla diffrazione dei raggi.

Inoltre, l’utilizzo di una telecamera lineare ed un piano di appoggio (pannello trasparente) mobile in modo rettilineo rendono l’acquisizione tanto rapida quanto accurata.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina di misura ottica, comprendente: - un gruppo ottico (7) di rilevamento provvisto di mezzi di illuminazione (8) configurati per generare un fascio di luce lungo un prefissato cammino ottico (B) e di mezzi di acquisizione video (9) almeno in parte allineati ai mezzi di illuminazione (8) lungo detto cammino ottico (B) in modo da ricevere detto fascio di luce; detti mezzi di acquisizione video (9) avendo una predeterminata lunghezza focale (F) ed un prefissato campo di visuale (V); - un supporto (4), interposto tra i mezzi di illuminazione (8) ed i mezzi di acquisizione video (9), comprendente un pannello trasparente (6) definente un piano di appoggio (A) per un pezzo (100) da misurare e disposto lungo detto cammino ottico (B) per essere attraversato dal fascio di luce; - mezzi di movimentazione (10) configurati per generare un moto relativo tra il pannello trasparente (6) ed il gruppo ottico (7) di rilevamento lungo una direzione di moto (C) ortogonale a detto cammino ottico (B), al fine di consentire l’acquisizione di una pluralità di fotogrammi del campo di visuale (V) lungo detta direzione di moto (C) definendo un’area di misura (M) della macchina; caratterizzata dal fatto di comprendere un corpo di raffronto (20) collegato al supporto (4), sviluppantesi lungo due direzioni tra loro sostanzialmente ortogonali e disposto all’interno di detta area di misura (M) della macchina, in un piano posto ad una distanza dai mezzi di acquisizione video (9) pari alla lunghezza focale (F), al fine di definire un elemento di comparazione per la correzione di un errore di misurazione.
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un’unità di elaborazione (19) associata ai mezzi di acquisizione video e configurata per combinare detti fotogrammi del campo di visuale (V) al fine di realizzare un’immagine completa di detta area di misura (M); detta unità di elaborazione (19) essendo provvista di un modulo di correzione (21) configurato per comparare un parametro rappresentativo del valore di una posizione o di una dimensione di detto corpo di raffronto (20) con un valore di riferimento memorizzato, al fine di calcolare un fattore correttivo dell’immagine acquisita.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il corpo di raffronto (20) comprende almeno un segmento (23) provvisto di una pluralità di elementi di comparazione (24) disposti in successione lungo una direzione di sviluppo del segmento (23) stesso; detto modulo di correzione (21) essendo: configurato per raffrontare un valore rappresentativo della posizione di ciascun elemento di comparazione (24) nell’immagine acquisita dai mezzi di acquisizione video (9) con un corrispondente valore di riferimento memorizzato, e programmato per calcolare detto fattore correttivo dell’immagine per ognuno degli elementi di comparazione (24) in modo da poter fornire correzioni differenti per ciascuna zona di detta immagine acquisita.
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti valori di riferimento memorizzati sono ciascuno rappresentativo della posizione del rispettivo elemento di comparazione (24) rilevata in prefissate condizioni atmosferiche e di utilizzo.
5. 5. Macchina secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 2 alla 4, caratterizzata dal fatto che detto corpo di raffronto (20) Ã ̈ dotato di una sonda di temperatura (25) associata al modulo di correzione (21) per consentire di correggere gli errori di misura dovuti alla variazione di temperatura del corpo di raffronto (20) stesso.
6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il modulo di correzione (21) à ̈ predisposto per ricevere dalla sonda di temperatura (25) un segnale rappresentativo della temperatura del corpo di raffronto (20) ed à ̈ configurato per calcolare un ulteriore fattore correttivo da applicare al valore di riferimento memorizzato.
7. 7. Macchina secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo di raffronto (20) comprende almeno un primo (23a) ed un secondo segmento (23b) tra loro ortogonali ed aventi rispettivamente una prima (D1) ed una seconda dimensione (D2); detto campo di visuale (V) dei mezzi di acquisizione video (9) presentando una dimensione principale parallela a detto primo segmento (23a) ed almeno pari a detta prima dimensione (D1) e detti mezzi di movimentazione (10) essendo configurati per coprire una corsa utile parallela a detto secondo segmento (23b) per determinare l’estensione dell’area di misura (M).
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto primo (23a) e detto secondo segmento (23b) definiscono una struttura sostanzialmente sagomata ad “L†disposta lungo la periferia del pannello trasparente (6) per delimitare almeno in parte detta area di misura (M).
9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 7 o la 8, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di acquisizione video comprendono una telecamera (9a) di tipo lineare avente un campo di visuale (V) sostanzialmente rettilineo di dimensione almeno pari a detta prima dimensione (D1).
10. 10. Macchina secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i mezzi di acquisizione video (9) ed i mezzi di illuminazione (8) sono provvisti di rispettive ottiche (8b, 9b) di tipo telecentrico tra loro collimate, al fine di evitare distorsioni dell’immagine.
11. 11. Macchina secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto pannello trasparente (6) Ã ̈ mobile in avvicinamento ed allontanamento dal corpo di raffronto (20) parallelamente a detto cammino ottico (B) al fine di adattare la macchina allo spessore (s) del pezzo (100) da misurare.
12. 12. Metodo di misura ottica, realizzato mediante la macchina di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente le fasi di: - predisposizione del corpo di raffronto (20), avente posizione o dimensione predeterminata, all’interno di un’area di misura della macchina (1); - posizionamento di un pezzo (100) da misurare sul pannello trasparente (6); - attivazione del gruppo ottico (7) di rilevamento per acquisire almeno un fotogramma del campo di visuale (V) di detti mezzi di acquisizione video (9); - generazione di un moto relativo tra detto pannello trasparente (6) e detto gruppo ottico di rilevamento (7) lungo una direzione di moto (C) parallela al pannello trasparente (6) per acquisire una successione di fotogrammi del campo di visuale (V) lungo detta direzione di moto (C) al fine di ottenere un’immagine completa dell’area di misura (M); - comparazione tra la posizione o dimensione del corpo di raffronto (20) acquisita e quella predeterminata; - correzione della misura dell’immagine del pezzo (100) in funzione di detta comparazione.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di calibrazione a monte della fase di posizionamento del pezzo da misurare, detta fase di calibrazione comprendendo le seguenti sottofasi: - predisposizione del corpo di raffronto (20) all’interno dell’area di misura (M) della macchina (1); - posizionamento sul pannello trasparente (6) di un elemento di calibrazione (26) avente dimensioni note, ad una distanza dalla telecamera (9a) corrispondente ad una lunghezza focale (F); - attivazione dei mezzi di illuminazione (8) e dei mezzi di acquisizione video (9) per acquisire almeno un fotogramma del campo di visuale (V) di detta telecamera (); - generazione di un moto relativo tra detto pannello trasparente (6) e detto gruppo ottico (7) di rilevamento parallelamente a detto pannello trasparente (6) per acquisire una successione di fotogrammi del campo di visuale lungo il pannello trasparente (6) al fine di ottenere un’immagine completa dell’area di misura (M); - determinazione della posizione o della dimensione del corpo di raffronto (20) in funzione delle dimensioni note dell’elemento di calibrazione (26); - memorizzazione di detta posizione o della dimensione del corpo di raffronto (20); - rimozione dell’elemento di calibrazione (26).
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto elemento di calibrazione (26) Ã ̈ definito da un reticolo semipermeabile alla luce di dimensioni note da laboratorio.
15. 15. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 12 alla 14, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di misurazione della temperatura del corpo di raffronto (20); detta fase di correzione della misura dell’immagine del pezzo (100) comprendendo le seguenti sottofasi: - calcolo di un primo fattore correttivo in funzione della temperatura misurata del corpo di raffronto; - calcolo di un secondo fattore correttivo funzione della comparazione tra la posizione o dimensione dell’elemento di riscontro (20) acquisita e quella nota.