ITUB20159510A1 - Apparato di ispezione ottica di oggetti - Google Patents

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Description

APPARATO DI ISPEZIONE OTTICA DI OGGETTI
La presente invenzione ha per oggetto un apparato di ispezione ottica di oggetti.
L’invenzione trova vantaggiosa applicazione nei processi industriali di ispezione ottica della superficie esterna di oggetti metallici o metallescenti, quali ad esempio lattine o simili, cui la seguente trattazione farà esplicito riferimento senza, per questo, perdere in generalità.
NeN’ambito del controllo di qualità delle lattine è generalmente prevista una operazione di ispezione ottica della superficie di queste ultime, sia per rilevare eventuali graffi o ammaccature, sia per rilevare eventuali difetti dello smalto decorativo, precedentemente depositato sulla superficie delle lattine da uno o più rulli ed in seguito fissato all'interno di un forno.
L’ispezione ottica viene generalmente condotta lungo un ramo di convogliamento di un nastro che trasporta le lattine una di seguito all’altra, in fila. Un sistema di illuminazione è orientato verso il ramo di convogliamento in modo da illuminare, di volta in volta, la lattina che transita sotto il campo di visione di una telecamera. L’immagine acquisita dalla telecamera viene infine confrontata con una immagine di riferimento per determinare l’accettazione o lo scarto della lattina ispezionata.
Un inconveniente riscontrato negli apparati di ispezione ottica di tipo noto consiste nel fatto che l'immagine della lattina che viene acquisita dalla telecamera risulta influenzata in modo indesiderato dalla luce riflessa dalle lattine adiacenti, poste a monte e a valle della lattina sotto ispezione.
Questo inconveniente è prevalentemente dato dal fatto che le parti non decorate delle lattine tendono a riflettere a specchio la luce incidente.
Una possibile soluzione di tale inconveniente consiste nel distanziare le lattine fra loro di una lunghezza tale da ridurre o annullare il fenomeno di mutua riflessione. Tuttavia, tale soluzione comporta un rallentamento del processo di ispezione ottica, essendo questo vincolato dalla velocità limite con cui è possibile avanzare il nastro di trasporto.
Scopo della presente invenzione è rendere disponibile un apparato di ispezione ottica di oggetti che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra esposti.
Detto scopo è pienamente raggiunto dall’apparato di ispezione ottica di oggetti secondo la presente invenzione, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.
In particolare, l’apparato di ispezione ottica secondo la presente descrizione è un apparato per ispezionare otticamente la superficie laterale di oggetti trasportati in successione in una linea di trasporto.
Gli oggetti vengono trasportati (per esempio su un convogliatore o trasportatore) con una propria superficie di appoggio appoggiata ad una superficie di sostegno (definita per esempio dal trasportatore) e con una superficie laterale accessibile ad una ispezione ottica.
L’apparato secondo la presente descrizione definisce una stazione di ispezione, in cui un oggetto da ispezionare si trova collocato, orientato lungo un asse longitudinale. Preferibilmente, tale asse longitudinale è verticale (perpendicolare alla superficie di sostegno su cui l’oggetto è appoggiato).
L’apparato comprende un sistema di illuminazione per illuminare l’oggetto da ispezionare (posizionato nella stazione di ispezione). Tale sistema di illuminazione è posizionato al di sopra della stazione, per illuminare da sopra l’oggetto da ispezionare.
L’apparato comprende almeno una telecamera orientata verso la stazione di ispezione per acquisire una immagine dell’oggetto da ispezionare. Preferibilmente, l'apparato comprende una pluralità di tali telecamere. Tale (tali) telecamera è orientata verso la stazione di ispezione per acquisire una immagine della superficie laterale dell’oggetto da ispezionare. Per esempio, l’apparato comprende una o più telecamere posizionate lateralmente al trasportatore, ovvero lateralmente all’oggetto da ispezionare situato nella stazione di ispezione.
In un esempio di realizzazione, l’apparato comprende anche mezzi collimatori (ovvero un gruppo collimatore o elemento collimatore). I mezzi collimatori sono configurati per ricevere raggi luminosi dal sistema di illuminazione. I mezzi collimatori sono associati al (ovvero cooperanti con il) sistema di illuminazione per ricevere tali raggi e sono configurati per dirigere un fascio di raggi luminosi collimati verso l’oggetto da ispezionare, posto nella stazione di ispezione.
In un esempio di realizzazione, l’apparato comprende una lente convergente. Tale lente convergente è configurata per ricevere i raggi luminosi collimati provenienti dai mezzi collimatori.
In un esempio di realizzazione, la lente convergente è disposta affacciata all’oggetto da ispezionare, posto nella stazione di ispezione.
La lente convergente è orientata per fare convergere sull’oggetto i raggi luminosi collimati provenienti dai mezzi collimatori.
In tal modo, i raggi luminosi divergenti dal sistema di illuminazione vengono dapprima resi paralleli fra loro dai mezzi collimatori, e successivamente fatti convergere verso la stazione di ispezione in modo da avere una illuminazione selettiva dell’oggetto da ispezionare.
In altre parole, viene in tal modo illuminato soltanto l’oggetto da ispezionare e si lasciano in ombra gli oggetti a questo adiacenti (nell’ambito degli oggetti trasportati in successione).
La lente convergente è interposta tra il sistema di illuminazione e la stazione di ispezione (owero l’oggetto da ispezionare).
I mezzi collimatori sono interposti tra il sistema di illuminazione e la lente convergente.
Preferibilmente, i mezzi collimatori e la lente convergente sono allineati lungo un asse longitudinale (verticale), che coincide con l’asse longitudinale dell’oggetto da ispezionare situato nella stazione di ispezione.
Preferibilmente, la lente convergente è una (prima) lente di Fresnel. In tal modo è possibile contenere le dimensioni ed il peso dell’apparato di ispezione.
Preferibilmente, i mezzi collimatori sono definiti da una (seconda) lente di Fresnel. In tal modo è possibile contenere ulteriormente le dimensioni ed il peso dell’apparato di ispezione.
Preferibilmente, la prima e la seconda lente di Fresnel sono disposte secondo rispettivi piani di giacitura fra loro paralleli, e presentano rispettivi assi centrali di simmetria fra loro coincidenti.
In tal modo, l’apparato di ispezione risulta vantaggiosamente compatto ed il funzionamento in combinazione delle lenti di Fresnel risulta ottimizzato. Secondo un esempio di realizzazione, l’apparato comprende anche una telecamera superiore, preposta a ispezionare dall’alto l’oggetto situato nella stazione di ispezione.
Per esempio, se l’oggetto da ispezionare definisce un contenitore aperto superiormente, la telecamera superiore permette di vedere (e quindi ispezionare) una superficie interna dell’oggetto. Tale ispezione è una ulteriore ispezione, rispetto alla ispezione della superfice laterale (esterna) dell’oggetto menzionata più sopra.
Preferibilmente, la telecamera superiore è interposta fra la prima e la seconda lente di Fresnel coassialmente al sopracitato asse centrale.
In tal modo, la telecamera risulta disposta nella regione in cui i raggi sono collimati, per cui non genera un cono d’ombra indesiderato sulla stazione di ispezione.
Preferibilmente, la prima lente di Fresnel presenta un foro passante coassiale a detto asse centrale e delimitante il campo di visione della telecamera. In tal modo, il campo di visione della telecamera non risulta disturbato dalla prima lente di Fresnel.
Preferibilmente, il sistema di illuminazione comprende almeno un anello di luci LED sviluppantesi attorno ad un proprio asse di simmetria coassiale al sopracitato asse centrale.
Questa configurazione ottimizza l’illuminazione attorno al campo di visione della telecamera. In particolare, l’illuminazione dell’oggetto da ispezionare risulta uniforme e ben bilanciata fra centro e periferia.
In un esempio di realizzazione, fra l’anello di luci LED e la seconda lente di Fresnel è interposto un corpo tubolare cilindrico per convogliare i raggi luminosi verso la seconda lente di Fresnel. Preferibilmente, tale corpo tubolare è internamente scuro, per esempio nero.
Il corpo tubolare cilindrico ha la funzione di confinare i raggi luminosi alla sola stazione di ispezione e contribuisce ulteriormente alla illuminazione selettiva dell’oggetto da ispezionare.
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 schematicamente una linea di produzione di oggetti, in particolare lattine, in cui è presente un apparato di ispezione realizzato secondo la presente invenzione;
- la figura 2 illustra un apparato di ispezione secondo la presente descrizione;
- la figura 3 è una vista in esploso dell’apparato di figura 2;
- la figura 4 è una vista laterale schematica di un apparato secondo la presente descrizione, semplificato rispetto a quello di figura 2;
- la figura 5 è una vista laterale schematica dell’apparato di figura 2;
- la figura 5A è un ingrandimento del particolare A di figura 5.
Con riferimento alle figure, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una linea di produzione di oggetti 2, in particolare di lattine o di oggetti simili.
La linea 1 comprende un convogliatore, definente una linea 3 di trasporto degli oggetti 2. Inoltre, la linea 1 comprende una unità 4 di smaltatura della superficie esterna degli oggetti 2, disposta lungo la linea 3 di trasporto. In un esempio, la linea 1 comprende un forno 5 di asciugatura dello smalto depositato sugli oggetti 2, disposto lungo la linea 3 di trasporto a valle della unità 4 di smaltatura. Inoltre, la linea 1 comprende un apparato 6 di ispezione ottica, disposto lungo la linea 3 di trasporto, a valle del forno 5. L’apparato 6 di ispezione ottica, illustrato nelle figure 2 e 3, comprende una stazione 7 di ispezione, un sistema 8 di illuminazione (ovvero un illuminatore), e una o più telecamere 9 orientate verso la stazione 7 di ispezione per acquisire una immagine della superficie laterale dell’oggetto 2 da ispezionare. Nell’esempio illustrato l’apparato ha quattro telecamere 9. Preferibilmente, l’apparato ha almeno una telecamera 9 su ciascuno dei due lati opposti del trasportatore su cui sono appoggiati gli oggetti 2 che di volta in volta si trovano posizionati nella stazione di ispezione 7. Nell’esempio illustrato, l’apparato ha due telecamere 9 per ognuno dei due lati del trasportatore.
L’oggetto 2 da ispezionare è posizionato nella stazione 7 di ispezione orientato lungo un asse longitudinale, preferibilmente verticale.
In particolare, la telecamera 9 è orientata verso la stazione 7 di ispezione secondo un asse di visione trasversale, ovvero inclinato rispetto all’asse longitudinale dell'oggetto 2.
L’apparato 6 di ispezione ottica comprende inoltre mezzi collimatori 10 (ovvero un gruppo o elemento collimatore) associati al sistema 8 di illuminazione per dirigere un fascio di raggi luminosi collimati verso l’oggetto 2 da ispezionare, posto nella stazione 7 di ispezione.
In particolare, i mezzi collimatori 10 dirigono un fascio di raggi luminosi collimati dall’alto verso l’oggetto 2 da ispezionare, posto nella stazione 7 di ispezione.
L’apparato 6 di ispezione ottica comprende inoltre una lente 11 convergente disposta affacciata all’oggetto 2 da ispezionare, posto nella stazione 7 di ispezione, ed orientata per fare convergere sull’oggetto 2 i raggi luminosi collimati provenienti dai mezzi collimatori 10.
In particolare, la lente 11 convergente è disposta al di sopra dell’oggetto 2 da ispezionare, posto nella stazione 7 di ispezione.
In particolare, la lente 11 convergente è una prima lente di Fresnel.
Una possibile distanza fra la prima lente di Fresnel e la stazione 7 di ispezione è tale per cui quest’ultima si trova nel fuoco della prima lente di Fresnel Questa distanza preferibilmente è scelta in modo da garantire il massimo deH’uniformità di illuminazione sulla parete laterale dell’oggetto da ispezionare.
In particolare, i mezzi collimatori 10 sono definiti da una seconda lente di Fresnel.
Una possibile distanza fra la seconda lente di Fresnel ed il sistema 8 di illuminazione è tale per cui quest’ultimo si trova nel fuoco della seconda lente di Fresnel . Questa distanza preferibilmente è scelta in modo da garantire il massimo dell’ uniformità di illuminazione sulla parete laterale dell’oggetto da ispezionare.
Alternativamente, i mezzi collimatori 10 possono essere definiti da una griglia a nido d’ape o da due filtri ottici ruotati di 90° l’uno rispetto all’altro. La prima e la seconda lente di Fresnel sono disposte secondo rispettivi piani di giacitura fra loro paralleli.
I piano di giacitura della prima e della seconda lente di Fresnel sono paralleli al piano di avanzamento degli oggetti attraverso la stazione 7 di ispezione.
La prima e la seconda lente di Fresnel presentano rispettivi assi 12 centrali di simmetria fra loro coincidenti.
Gli assi 12 centrali sono allineati alla stazione 7 di ispezione.
Gli assi 12 centrali sono ortogonali al piano di avanzamento degli oggetti attraverso la stazione 7 di ispezione.
In un esempio di realizzazione, l’apparato comprende anche una telecamera 91 superiore, configurata per vedere dall’alto, lungo un percorso ottico orientato longitudinalmente, l’oggetto 2 da ispezionare posto nella stazione 7 di ispezione.
In un esempio di realizzazione, la telecamera 91 superiore è interposta fra i mezzi collimatori 10 e la lente 11 convergente.
Preferibilmente, la lente 11 convergente (la prima lente di Fresnel) è forata centralmente; ovvero, definisce un foro centrale coassiale ad un asse di visione longitudinale della telecamera 91 superiore.
Preferibilmente, i mezzi collimatori 10 (la seconda lente di Fresnel) sono forati centralmente; ovvero, definiscono un foro centrale coassiale ad un asse di visione longitudinale della telecamera 91 superiore.
Il sistema 8 di illuminazione comprende almeno un anello 14 di luci LED sviluppantesi attorno ad un proprio asse di simmetria coassiale ai sopracitati assi 12 centrali.
In un esempio di realizzazione, l’apparato comprende corpo 15 tubolare cilindrico configurato per convogliare i raggi luminosi verso la seconda lente di Fresnel. In un esempio, il corpo 15 tubolare è posizionato fra sistema 8 di illuminazione e la seconda lente di Fresnel. Per esempio, il corpo 15 tubolare è posizionato attorno al sistema 8 di illuminazione (ovvero all’anello 14 di luci LED), per circondarlo.
Il corpo 15 supporta la telecamera 9 a mezzo di un’asta 17 tubolare, che attraversa un foro 18 centrale della seconda lente di Fresnel.
In un esempio, l’asta 17 funge anche da passacavi per la telecamera superiore 91.
La descrizione sopra descritta permette di conseguire numerosi vantaggi: - viene illuminato soltanto l’oggetto da ispezionare e si lasciano in ombra gli oggetti a questo adiacenti;
- le dimensioni ed il peso dell’apparato di ispezione sono contenute;
- la telecamera 91 non genera un cono d’ombra indesiderato sulla stazione di ispezione;
- risulta ottimizzata, uniforme e ben bilanciata l’illuminazione sulla parete laterale dell’oggetto da illuminare (7).

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato di ispezione ottica di oggetti (2) trasportati in successione in una linea (3) di trasporto, comprendente: - una stazione (7) di ispezione, in cui almeno uno degli oggetti (2) è orientato lungo un asse longitudinale e definisce una superficie di appoggio e una superficie laterale; - un sistema (8) di illuminazione posizionato al di sopra della stazione (7) di ispezione; - almeno una telecamera (9) orientata verso la stazione (7) di ispezione per acquisire una immagine della superficie laterale dell’oggetto (2) da ispezionare, caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi collimatori (10) associati al sistema (8) di illuminazione per dirigere longitudinalmente un fascio di raggi luminosi collimati verso l’oggetto (2) da ispezionare, posto nella stazione (7) di ispezione; - una lente (11) convergente disposta affacciata all’oggetto (2) da ispezionare posto nella stazione (7) di ispezione, ed orientata per ricevere i raggi luminosi collimati di detto fascio e farli convergere sull’oggetto (2).
  2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui la lente (11) convergente è una prima lente di Fresnel.
  3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 o la 2, in cui mezzi collimatori (10) sono definiti da una seconda lente di Fresnel.
  4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, in cui la prima e la seconda lente di Fresnel sono disposte secondo rispettivi piani di giacitura fra loro paralleli.
  5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, in cui la prima e la seconda lente di Fresnel presentano rispettivi assi (12) centrali di simmetria fra loro coincidenti.
  6. 6. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente una telecamera (91) superiore, configurata per vedere dall’alto, lungo un percorso ottico orientato longitudinalmente, l’oggetto (2) da ispezionare posto nella stazione (7) di ispezione.
  7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, in cui la telecamera (91) superiore è interposta fra i mezzi collimatori (10) e la lente (11) convergente.
  8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 6 o la 7, in cui la lente (11) convergente è una prima lente di Fresnel e i mezzi collimatori (10) sono una seconda lente di Fresnel, in cui dette prima e seconda lente di Fresnel definiscono, ciascuna, un foro centrale coassiale ad un asse di visione longitudinale della telecamera (91 ) superiore.
  9. 9. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente un corpo (15) tubolare cilindrico internamento nero, circondante il sistema (8) di illuminazione per convogliare i raggi luminosi verso i mezzi collimatori (10).
  10. 10. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema (8) di illuminazione comprende almeno un anello (14) di luci LED sviluppantesi attorno ad un proprio asse di simmetria coassiale ad un asse (12) centrale di simmetria comune alla lente (11) convergente e ai mezzi collimatori (10).
  11. 11. Linea (1) di produzione di oggetti (2), in particolare lattine o simili, comprendente: - una linea (3) di trasporto degli oggetti (2); - una unità (4) di smaltatura della superficie esterna degli oggetti (2), disposta lungo la linea (3) di trasporto; - un forno (5) di asciugatura dello smalto depositato sugli oggetti (2), disposto lungo la linea (3) di trasporto a valle della unità (4) di smaltatura; - un apparato (6) di ispezione ottica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, disposto lungo la linea (3) di trasporto, a valle del forno (5).
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