ITUB20156846A1 - Un impianto di ispezione della superficie esterna di elementi - Google Patents

Description

‘UN IMPIANTO DI ISPEZIONE DELLA SUPERFICIE ESTERNA DI ELEMENTI”

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione è generalmente applicabile al settore tecnico delle lavorazioni meccaniche con particolare riferimento alla produzione di componenti, minuteria e similari.

In particolare, la presente invenzione si riferisce agli impianti di ispezione per il controllo di qualità della produzione di oggetti.

Stato della tecnica

Nella produzione industriale un aspetto rilevante è costituito dal controllo della qualità degli oggetti prodotti. Essi infatti non devono presentare difettosità, o comunque i difetti devono essere inferiori ad una soglia di tolleranza prefissata. I prodotti con difetti che superano tali soglie devono essere scartati e, in presenza di un alto numero di prodotti difettosi, la linea di produzione deve essere eventualmente fermata e controllata.

Una parte dei controlli di qualità si riferisce alla ispezione visiva della geometria della superficie esterna dei prodotti uscenti dalla linea di produzione. In taluni casi tale controllo ha finalità estetiche, ma nella maggior parte dei casi la finalità è operativa poiché la superficie esterna deve presentare sagomature e conformazioni adatte all’uso del prodotto.

Si pensi ad esempio ai prodotti che presentano una filettatura, o a prodotti che presentano gole e sagomature funzionali ad un qualche assemblaggio successivo. In tali casi la geometria della superficie esterna deve essere il più possibile priva di difetti quali ammaccature, tratti mancanti, accumuli di rivestimento superficiale, o similari. In taluni casi, la mancata perfezione della geometria rende il prodotto inutilizzabile.

Sono quindi noti impianti dove con un dispositivo di acquisizione di immagini si provvede a fotografare tutto il perimetro del prodotto per poi analizzare le foto e verificare la presenza di difettosità.

Poiché tale operazione deve essere la più rapida possibile, esiste un primo insieme di impianti di ispezione della superficie esterna di elementi uscenti da una linea di produzione nel quale un dispositivo di acquisizione, tipicamente costituito da una fotocamera o da una videocamera, effettua una fotografia frontale dell'elemento opportunamente frontalmente illuminato. Per evitare di dover ruotare l’elemento o la fotocamera, si dispongono una serie di specchi attorno all’elemento da verificare in modo che la fotocamera con un singolo scatto riprenda tutto il perimetro.

Per quanto tale sistema sia rapido, esso si basa sull'illuminazione frontale, sia essa diretta o indiretta, della superficie dell'oggetto. Questo tipo di illuminazione è soggetto a disomogeneità dovuta alla forma geometrica non piana della superficie (si pensi ad una filettatura, ma anche alla curvatura della superficie di un semplice cilindro) rischiando così di inficiare l’ispezione.

Inoltre, l'aspetto del materiale di costruzione dell’elemento, o di eventuali rivestimenti superficiali, producono disuniformità e riflessi quando direttamente illuminati e potrebbero restituire dei “falsi scarti”, ancora una volta inficiando l’esito dell'ispezione.

È quindi noto un secondo insieme di impianti di ispezione che si basa sulla retroilluminazione dell’elemento e sulla fotografia del profilo dello stesso che appare come una sagoma nera su fondo bianco.

Tale controllo risulta senz’altro più sicuro e non affetto da errori dovuti a poco contrasto visivo dei dettagli geometrici.

Tuttavia, essendo rilevabile in questo modo solo il contorno esterno di una singola sezione verticale dell'oggetto, si rende necessaria la rotazione relativa della vista intorno alla superficie dell'oggetto per acquisire e controllare quanti più contorni esterni possibile. Per evitare di far ruotare la telecamera attorno all’elemento da ispezionare (soluzione che diminuirebbe eccessivamente la produttività del sistema di ispezione), tali impianti pongono l'oggetto, fermo davanti alla telecamera, in rotazione attorno ad un proprio asse in modo che la telecamera posa inquadrare, da uno stesso punto, profili multipli della superficie esterna dell’elemento stesso. Ciò però costringe il supporto di movimentazione degli oggetti ad avanzare a tratti, fermandosi per il tempo necessario a ciascuna ispezione superficiale. Tale fatto è inaccettabile quando al sistema di controllo visivo è richiesta una produttività elevata.

Sono quindi noti impianti dove l'oggetto in rotazione intorno ad un proprio asse comunque avanza su un supporto di movimentazione, tipicamente su una tavolacircolare, senza che esso debba fermarsi davanti alla telecamera, e la telecamera lo insegue per un tratto in modo da rimanere ad esso solidale mentre acquisisce immagini durante la rotazione dell'oggetto sul proprio asse. Dopo aver ripreso tutto il perimetro, la telecamera viene riportata la punto di partenza per poter inseguire l’elemento successivo.

Se tale soluzione consente di riprendere la superficie esterna dell’elemento da ispezionare senza fermare il supporto di movimentazione degli oggetti, tuttavia sottopone la telecamera, l'ottica ed i cavi elettrici a stress meccanici rilevanti a causa delle movimentazioni rapide cui viene sottoposta e, soprattutto, agli improvvisi cambi di direzione per passare da un oggetto a quello successivo.

Inoltre, la velocità di controllo degli oggetti non può essere aumentata eccessivamente poiché tali stress diverrebbero immediatamente distruttivi.

Presentazione del trovato

Scopo della presente invenzione è superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un impianto di ispezione della superficie esterna di un elemento uscente da una catena di produzione che assicuri un’ispezione veloce senza dover fermare gli oggetti davanti ai dispositivi di acquisizione di immagini.

Un altro scopo è che l'impianto di ispezione dell’invenzione consenta di mantenere fermi i dispositivi di acquisizione di immagini utilizzati per l’ispezione.

Un ulteriore scopo è che l’impianto di ispezione consenta il facile aumento della velocità di ispezione degli oggetti.

Un altro scopo è che l'impianto di ispezione assicuri un’ispezione corretta limitando se non annullando, il numero di errori.

Tali scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un impianto di ispezione della superficie esterna di elementi in accordo con le rivendicazioni che seguono le quali sono da considerarsi parte integrante del presente brevetto.

In particolare, rimpianto di ispezione comprende almeno un dispositivo di movimentazione degli elementi da ispezionare lungo un percorso prefissato ed almeno un dispositivo di rotazione degli elementi su un proprio asse di rotazione.

Secondo un aspetto dell'invenzione, esso comprende anche due o più stazioni di acquisizione di immagini dello stesso elemento in intervalli temporali di inquadratura almeno parzialmente distinti l’uno dall’altro.

Tipicamente, ciascuna stazione di acquisizione di immagini comprende uno o più dispositivi di acquisizione.

Ciò che si osserva, quindi, è che con l<’>impianto dell’invenzione si assegna a più stazioni di acquisizione il rilievo di una porzione o dell’intera superficie dell’elemento da ispezionare. Le stazioni, infatti, acquisiscono in intervalli temporali almeno parzialmente distinti immagini di corrispondenti porzioni di superficie esterna dell’elemento. Poiché questi è in rotazione su un proprio asse, in istanti distinti vengono acquisite immagini di parti distinte della superficie. Assumendo che l'oggetto venga inquadrato interamente, per acquisire l’intera superficie esterna l’elemento dovrà ruotare intorno al proprio asse, per mezzo dell’apposito dispositivo di rotazione, di 180°. Tale angolo piatto verrà suddiviso per il numero di stazioni presenti e ciascuna si occuperà dell’acquisizione di immagini per la propria tratta di competenza.

Vantaggiosamente, quindi, è aumentata la precisione dell<’>acquisizione nel senso della rotazione essendo essa stata suddivisa su più stazioni.

Inoltre, il supporto di movimentazione, e dunque la produttività del sistema di controllo, potrà aumentare di velocità in quanto, nel caso si rendesse necessaria l'acquisizione di più immagini della superficie di quanto i dispositivi di acquisizione siano in grado di acquisire nel tempo disponibile al passaggio dell'oggetto attraverso tutte le stazioni, sarà sufficiente aumentare il numero di stazioni.

È anche evidente che l’invenzione ben si presta ad essere applicata su impianti con dispositivi di acquisizione di immagini fissi e non in movimento. Tuttavia è evidente che essa è applicabile anche ad impianti con dispositivi in movimento che inseguono l’elemento nel suo avanzamento sulla linea di produzione. In questo caso, infatti, l’aumento del numero di stazioni che acquisiscono immagini dello stesso elemento consente di diminuire la velocità di spostamento dei dispositivi di acquisizione almeno relativamente al loro ritorno alla posizione di partenza, tutelando maggiormente la loro tenuta meccanica.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un impianto di ispezione della superficie esterna di elementi secondo l’invenzione, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio dell’unita tavola di disegno in cui la FIG. 1 rappresenta un impianto di ispezione secondo l’invenzione in vista schematizzata.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Con riferimento alla figura citata si descrive un impianto di ispezione 1 della superficie esterna di elementi E derivanti da una linea di produzione. Esso è del tipo a retroilluminazione in modo da poter rilevare il profilo esterno della sagoma dell’elemento E da ispezionare.

Tale impianto di ispezione 1 comprende innanzitutto un dispositivo di movimentazione 2 degli elementi E lungo un percorso prefissato. Tipicamente esso è costituito da un tavolato circolare 2a sul bordo del quale sono disposti in successione gli elementi E da ispezionare. Tuttavia tale esempio non deve essere considerato limitativo per differenti forme di esecuzione dell’invenzione dove, ad esempio, esso è costituito da un tavolato rettilineo, da un nastro trasportatore o altro.

L’impianto di ispezione 1 comprende, inoltre, un dispositivo di rotazione 3 degli elementi E per porli in rotazione su un proprio asse. In questo modo, come detto, l’acquisizione delle immagini della superficie esterna degli elementi E può avvenire senza dover ruotareintorno agli elementi i dispositivi che si occupano di tale acquisizione.

Nella forma di esecuzione che si descrive il dispositivo di rotazione 3 comprende una puleggia che trascina una cinghia 5 la quale ingrana l’elemento E almeno lungo tutto il percorso coperto dalle inquadrature delle due stazioni di acquisizione 10. Tale forma di esecuzione, tuttavia, è solo un possibile esempio non limitativo per l’invenzione.

Allo stesso modo, anche il numero di dispositivi di movimentazione ed il numero di dispositivi di rotazione per dispositivo di movimentazione o in assoluto può essere qualsivoglia, tali parametri non essendo limitativi per l’invenzione.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l'impianto di ispezione 1 comprende una pluralità di stazioni di acquisizione di immagini 10 che inquadrano lo stesso elemento E in intervalli temporali di inquadratura non coincidenti tra loro.

In altri termini, nell'intervallo temporale di rotazione di 180° dell’elementoE (intervallo temporale che consente l’ispezione completa della superficie esterna di tale elemento E), non vi è una sola stazione di acquisizione di immagini 10 dedicata a tale operazione, ma ve ne sono diverse ciascuna deputata ad acquisire immagini in un sotto-intervallo temporale predefinito. Ciò equivale a dire che vengono utilizzate più stazioni di acquisizione 10 ciascuna deputata ad acquisire immagini durante una specifica porzione di rotazione dell’elemento E. Di conseguenza, l’acquisizione delle immagini di tutta la superficie esterna di quest’ultimo è suddivisa su più stazioni 10.

Vantaggiosamente, quindi, è aumentato il numero di immagini acquisite della superficie esterna , essendo essa stata suddivisa su più stazioni.

Come detto in precedenza, peraltro, l’invenzione ben si presta ad essere applicata su impianti con dispositivi di acquisizione di immagini fissi e non in movimento. Le stazioni di acquisizione 10, quindi, vengono disposte in serie lungo il percorso dell’elemento E determinato dal dispositivo di movimentazione 2.

Tuttavia, la stessa configurazione con le stazioni in serie è applicabile anche ad impianti con dispositivi in movimento che inseguono l’elemento nel suo avanzamento sulla linea di produzione. In questo caso, infatti, l’aumento del numero di stazioni che acquisiscono immagini dello stesso elemento consente di diminuire la velocità di spostamento di tali stazioni almeno relativamente al loro ritorno alla posizione di partenza.

È evidente che il numero di stazioni di acquisizione 10 è una caratteristica irrilevante per l’invenzione potendo essere qualsivoglia purché non inferiore a due.

Nel caso, inoltre, di stazioni 10 fisse e non mobili, il sistema di movimentazione pezzi, e dunque la produttività del sistema di controllo, potrà aumentare di velocità in quanto, nel caso il tempo disponibile per l'acquisizione delle immagini non garantisse il numero sufficiente alla precisione richiesta, sarà sufficiente aumentare il numero di stazioni.

In merito alla forma esecutiva delle stazioni di acquisizione 10, esse comprendono ciascuna almeno un dispositivo di acquisizione di immagini 11 tipicamente, ma non necessariamente, costituito da una fotocamera.

Tuttavia anche tale dettaglio non deve essere considerato limitativo per l’invenzione.

Infatti, il numero di dispositivi di acquisizione per ogni stazione può essere qualsivoglia. In particolare, una pluralità di dispositivi può consentire di aumentare il campo totale inquadrato dell’immagine acquisita per composizione delle immagini contemporanee acquisite da ciascun dispositivo. Inoltre, uno o più dispositivi possono essere utilizzati come dispositivi di scorta pronti ad essere azionati in caso di guasto di dispositivi in uso in modo da evitare, per quanto possibile, il fermo macchina della linea di produzione per procedere con le riparazioni o le sostituzioni.

Anche la tipologia di dispositivi di acquisizione è una caratteristica non limitativa per l’invenzione. Essi possono essere infatti del tipo ad acquisizione periodica di immagini, come nel caso delle fotocamere, o del tipo ad acquisizione continua, come nel caso delle videocamere, senza alcuna limitazione per l’ambito di tutela della presente invenzione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, i dispositivi di acquisizione di immagini 11 comprendono tipicamente, ma non necessariamente, ottiche telecentriche 12. Come noto, infatti, un’ottica tradizionale produce una distorsione sferica dell’immagine acquisita soprattutto ai bordi, oltre a produrre una vista prospettica dell'oggetto tanto più accentuata quanto minore la focale dell'ottica. Un'ottica telecentrica, quindi, consente di evitare tale problematica assicurando un’ottima qualità dell’immagine, ma soprattutto una vista ortogonale all'oggetto per tutta l’estensione del campo inquadrato eliminando gli effetti prospettici.

Secondo un ulteriore aspetto dell’Invenzione, l’area di inquadratura dei dispositivi di acquisizione di immagini 11 di ciascuna delle stazioni 10 interseca parzialmente l’area di inquadratura dei dispositivi di acquisizione di immagini 11 delle stazioni 10 adiacenti.

Durante il suo avanzamento infatti, l'elemento E raggiungerà l'estremità del campo inquadrato da una stazione 10 e, da quel momento in poi, per consentire la continuità del controllo della superficie senza perdere parti di essa, è necessario che la parte mancante sia già inquadrata ed acquisita dalla stazione 10 successiva in cui l'elemento E sta entrando. Inoltre, potrebbe rendersi necessario che la regione di sovrapposizione dei campi inquadrati abbia una certa larghezza, poiché una immagine della superficie frazionata in una parte troppo piccola potrebbe non essere controllabile. Si pensi ad una filettatura divisa a metà lungo le creste con quasi tutto il pezzo inquadrato nell'immagine di una stazione 10, e solo parte delle creste nell'immagine della stazione 10 successiva: in nessuna delle due immagini quel profilo della filettatura potrà essere controllato a meno di voler complicare il sistema tentando di unire insieme le due immagini. Pertanto la soluzione consiste nella sovrapposizione dei campi inquadrati in modo che almeno nell’ultimo istante in cui la parte di elemento E non frazionabile è completamente inquadrata da una stazione 10 è anche completamente inquadrata dalla stazione 10 successiva.

Tuttavia, tale soluzione ha un limite. Nel caso le stazioni 10 siano troppo distanziate (ad esempio per questioni di ingombri meccanici come nel caso di utilizzo di ottiche telecentriche 11), la sovrapposizione dei campi inquadrati potrebbe non essere attuabile.

Pertanto, il dispositivo di rotazione 3 comprende anche mezzi di contro rotazione in modo da far ruotare l’elemento E con un verso di rotazione, durante un periodo temporale centrale all<’>intervallo temporale di inquadratura, ed in modo da tener fermo, oppure far ruotare l’elemento E nel verso opposto, nei periodi temporali di estremità di tale intervallo temporale, quando l'elemento E risulta non inquadrato oppure frazionato su più stazioni, ma in modo che nessuna di esse produce un'immagine ispezionabile.

In altri termini, nel periodo di passaggio dall’inquadratura di una stazione 10 alla successiva, l’elemento E viene fermato oppure posto in contro rotazione per assicurare che la stazione 10 successiva non perda porzioni di superficie esterna dell’elemento E mentre questo attraversa una zona cieca o che non si presta all'elaborazione tra i campi inquadrati di due stazioni adiacenti. Tipicamente, ma non necessariamente, si fa in modo che la stazione 10 successiva cominci ad acquisire le ultime porzioni di superficie laterale dell’elemento Econtrollate dalla stazione 10 precedente. Vi è quindi una leggera ridondanza del controllo nelle fasi di transizione dell'elemento E tra una inquadratura e la successiva che, al prezzo di controllare più volte una piccola zona, assicurano che non si perdano parti di superficie nelle zone con inquadratura parziale o non inquadrate affatto, compensando eventuali ritardi di frenata della cinghia 5 quando si ferma l'elemento E, o suoi eventuali microslittamenti intorno al proprio asse per effetto della sua fermata.

Come conseguenza di quanto fin qui detto emerge che, secondo un altro aspetto dell'invenzione, l'impianto di ispezione 1 comprende mezzi di sincronizzazione del dispositivo di movimentazione 2, del dispositivo di rotazione 3 degli elementi E e dei dispositivi di acquisizione delle immagini in modo da assicurare che negli intervalli temporali di inquadratura di ciascuna delle stazioni 10 sia completamente acquisita la porzione prefissata di superficie esterna dell’elemento E da ispezionare

Tali mezzi di sincronizzazione possono essere sia meccanici che elettronici/informatici senza con ciò porre alcun limite alla presente invenzione.

Per quanto detto è evidente che l'impianto di ispezione dell’invenzione raggiunge tutti gli scopi prefissati.

In particolare, l'impianto di ispezione della superficie esterna di un elemento uscente da una linea di produzione assicura un’ispezione veloce ed affidabile.

Esso, peraltro, consente di mantenere fermi i dispositivi di acquisizione di immagini utilizzati per l’ispezione nonché l’aumento di velocità di ispezione e, di conseguenza, di produzione degli elementi.

L’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela del trovato definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

1. “UN IMPIANTO DI ISPEZIONE DELLA SUPERFICIE ESTERNA DI ELEMENTI” RIVENDICAZIONI 1. Un impianto di ispezione della superficie esterna di elementi (E) comprendente: almeno un dispositivo di movimentazione (2) degli elementi (E) lungo un percorso prefissato; almeno un dispositivo di rotazione (3) degli elementi (E) su un proprio asse di rotazione, caratterizzato dal fatto di comprendere due o più stazioni di acquisizione di immagini (10) dello stesso elemento (E) in intervalli temporali di inquadratura almeno parzialmente distinti l’uno dall'altro.
2. 2. Impianto di ispezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna stazione (10) comprende uno o più dispositivi di acquisizione di immagini (11) dello stesso elemento (E).
3. 3. Impianto di ispezione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di acquisizione di immagini (11) sono del tipo ad acquisizione periodica.
4. 4. Impianto di ispezione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di acquisizione di immagini (11) sono del tipo ad acquisizione continua.
5. 5. Impianto di ispezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di acquisizione di immagini (11) comprendono ottiche tele centriche (12).
6. 6. Impianto di ispezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti dispositivi di acquisizione di immagini (11) sono fissi e ad inquadratura fissa.
7. 7. Impianto di ispezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’area di inquadratura di detti dispositivi di acquisizione di immagini (11) di una di dette stazioni (10) interseca parzialmente l’area di inquadratura di detti dispositivi di acquisizione di immagini (11) di ciascuna di dette stazioni (10) adiacenti in modo che almeno nell’ultimo istante in cui l’elemento (E) è completamente inquadrato da detta stazione (10) è anche completamente inquadrato da almeno una di dette stazioni (10) adiacenti.
8. 8. Impianto di ispezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di sincronizzazione di detti dispositivo di movimentazione (2) e dispositivo di rotazione (3) in modo da assicurare che in detto intervallo temporale di inquadratura di ciascuna di dette stazioni (10) sia completamente inquadrata la porzione prefissata di superficie esterna dell’elemento (E) da ispezionare.
9. 9. Impianto di ispezione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di rotazione (3) comprende anche mezzi di controrotazione in modo da far ruotare l’elemento (E) con un verso di rotazione durante un periodo temporale centrale a detto intervallo temporale di inquadratura di una di dette stazioni (10) ed in modo da far ruotare l’elemento (E) nel verso opposto nei periodi temporali di estremità di detto intervallo temporale di inquadratura.