ITUD20100006A1 - Sistema robotizzato per la gestione delle polveri in un impianto per la colata continua dell'acciaio - Google Patents

Description

"SISTEMA ROBOTIZZATO PER LA GESTIONE DELLE POLVERI IN UN IMPIANTO PER LA COLATA CONTINUA DELL’ACCIAIO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un sistema robotizzato per la gestione delle polveri di colata da distribuire su un bagno di acciaio fuso in una lingottiera di un impianto per la colata continua dell’acciaio.

STATO DELLA TECNICA

Il processo della colata continua, schematizzato nell’impianto 10 di fig. 1, à ̈ un processo di produzione industriale del tipo fusione, in cui il metallo fuso proveniente da un forno o da un convertitore viene versato mediante una siviera (ladle) 12 in un contenitore di distribuzione, detto paniera 14 (tundish), a cui sono delegati due compiti: il primo à ̈ quello di bloccare le scorie formatesi durante il processo di fusione, il secondo à ̈ quello di regolarizzare il flusso di acciaio destinato alle lavorazioni successive. Dalla paniera 14 il metallo passa per forza gravitazionale attraverso un tuffante 16 cilindrico di materiale ceramico verso una forma permanente a fondo aperto chiamata lingottiera (mould) 18. Essa può avere diverse sezioni e dimensioni, a seconda che si vogliano produrre billette, blumi o bramme. E’ costruita generalmente in rame e raffreddata esternamente con acqua; ciò consente alla lega di solidificare nella parte più esterna della sua sezione, pur rimanendo liquida internamente. La sua continua oscillazione verticale impedisce, inoltre, l’aderenza del metallo alle pareti. La pelle solidificata che viene a formarsi fornisce sufficiente stabilità al pezzo colato da consentirne la discesa attraverso un percorso curvo 20 di alcuni metri di diametro, durante il quale prosegue il raffreddamento forzato attraverso spruzzi d'acqua direttamente sulla superficie. Una volta giunto in orizzontale, il metallo à ̈ quasi completamente solidificato e pronto per essere tagliato, mediante cannello ad ossigeno o cesoia, in pezzi di lunghezza opportuna da destinare a lavorazioni successive o alla vendita diretta. Solitamente una macchina di colata continua dispone di più linee di colata, ciascuna attrezzata di lingottiera, percorso di raffreddamento e taglio ad ossigeno ed alimentate da un'unica paniera.

In particolare, nel passaggio dell’acciaio fuso attraverso la lingottiera 18, la lega deve essere costantemente mantenuta sotto uno strato di polveri 15 di colata, una miscela granulosa composta principalmente da carbonio e ossidi di silicio, alluminio, sodio e calcio. Gli scopi delle polveri di colata sono molteplici:

- lubrificano l’interstizio che viene a formarsi tra il cristallizzatore di rame e la pelle di prima solidificazione in conseguenza della contrazione dell’acciaio dovuta al raffreddamento, riducendo gli attriti;

- evitano il contatto tra il menisco e l’atmosfera, prevenendo le ossidazioni della lega;

- riducono le dispersioni di calore verso l’alto, impedendo in tal modo la formazione di solidificazioni superficiali.

Su lingottiere di grande sezione la distribuzione delle polveri viene fatta ancora manualmente, costringendo gli addetti ad operare in un ambiente pericoloso ed ostile a causa della possibilità di rotture del tuffante, di fuoriuscite (overflow) di acciaio liquido dalla lingottiera, di spruzzi di materiale che si infiltra tra gli slide gate 19 della siviera, nonché per le elevate temperature ed umidità ambientale che si riscontrano. L’impiego di operatori umani non consente inoltre una distribuzione omogenea e tempestiva delle polveri nelle sole zone in cui ciò à ̈ effettivamente necessario.

Uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un sistema robotizzato ed automatico per la gestione della distribuzione delle polveri in lingottiera che incrementi la sicurezza degli operatori, non più costretti ad operare in ambienti ad alto rischio, che migliori la qualità del prodotto, mantenendo il pelo libero dell’acciaio costantemente sotto uno strato di polvere di spessore uniforme e più sottile possibile, e consenta una riduzione dei consumi di polvere di colata.

Un altro scopo à ̈ quello di adottare un opportuno sistema di visione per il rilevamento delle zone da servire ed un robot manipolatore per le operazioni di distribuzione delle polveri.

Altro scopo ancora à ̈ ottimizzare le opportune tecniche di distribuzione delle polveri di colata.

Altro scopo ancora à ̈ sviluppare algoritmi di visione in grado di individuare tempestivamente le zone del bagno dov’à ̈ necessario l’apporto di materiale, chiamate esposizioni.

Altro scopo ancora à ̈ permettere l’interazione dei sistemi adottati tra di loro, consentendo la calibrazione del sistema di visione, il rilevamento delle zone del menisco esposte all’aria, la comunicazione dei dati al controllore del robot, la carica della polvere di colata ed la successiva distribuzione.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con un aspetto del presente trovato, un metodo per la copertura delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso mediante polvere di colata in una lingottiera di un impianto per la colata continua dell’acciaio comprende:

- una fase di suddivisione della lingottiera in un numero voluto di zone, ad ognuna delle quali à ̈ associato un movimento di copertura, dette zone essendo determinate ed individuate in modo coordinato con la posizione del tuffante e del bordo della lingottiera;

- una fase di esecuzione automatizzata di uno o più movimenti di copertura mediante i quali distribuire la polvere di colata in una selezionata di dette zone. Tali movimenti, ripetuti in sequenza secondo un voluto programma, sono selezionati in un gruppo comprendente movimenti di versamento e movimenti di lancio, almeno in base alla posizione reciproca tra ciascuna di dette zone ed il tuffante.

Secondo vantaggiose forme di esecuzione del trovato, almeno le zone ravvicinate al tuffante, oppure in posizione opposta ed ostacolata dal tuffante e quindi non raggiungibili senza interferire con il tuffante stesso, vengono ricoperte mediante movimenti di lancio della polvere di colata.

In accordo con forme di realizzazione del trovato, il metodo secondo il trovato prevede sia una fase di ricarica delle polveri di colata, sia, una volta conclusa detta fase di ricarica, una fase di spostamento in un voluto punto comune della lingottiera, a partire dal quale vengono eseguiti i suddetti movimenti di copertura, tramite versamento o lancio.

In forme di realizzazione, il metodo prevede che, a partire dal suddetto punto comune, la polvere venga spostata verso un punto di approccio posto nei pressi del bordo della lingottiera e calcolato in base alla regione in cui si trova la zona da servire e che a partire da detto punto di approccio venga infine eseguito il movimento di copertura vero e proprio, tramite versamento o lancio.

In forme di realizzazione, i suddetti movimenti di lancio comprendono lancio frontale, lancio laterale oppure lancio di taglio, come meglio illustrato nel prosieguo della descrizione.

Forme di realizzazione preferite prevedono, almeno per la copertura della zona oscurata od eclissata dal tuffante, l’esecuzione di movimenti di lancio di taglio.

In accordo con un altro aspetto del presente trovato, un metodo per la copertura delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso mediante polvere di colata in una lingottiera di un impianto per la colata continua dell’acciaio conformato per l’individuazione e la copertura di occlusioni, ovvero zone non visibili da un sistema di visione automatico, del bagno di acciaio fuso comprende:

- una fase di acquisizione di almeno un’immagine della superficie del bagno fuso; - una fase di individuazione di zone visibili e di zone occluse, comprendenti le zone d’ombra definite dal tuffante e dal bordo della lingottiera, sull’immagine acquisita;

- una fase di definizione di una matrice di punti di test giacenti sul pelo libero del bagno di acciaio fuso e proiettata su un piano immagine associato a detta immagine acquisita, detti punti essendo tutti associati ad univoche coordinate spaziali note e definite a priori;

- una fase di conteggio dei punti appartenenti alle zone visibili;

- una fase di determinazione del valore del rapporto v tra il numero dei punti inclusi nelle zone occluse, ovvero non visibili, ed i punti complessivi n della matrice dei punti di test, per fornire un’indicazione dell’entità delle zone occluse, in modo da orientare la scelta della frequenza con cui esse vengono ricoperte;

- una fase di definizione di una legge di riempimento di una coda di lavoro di punti in attesa di essere ricoperti con la polvere di colata, la quale legge di riempimento prevede che, in funzione del suddetto rapporto v, ogni n elementi in coda, ve ne siano pvvisibili e p0occlusi, in cui la scelta dell’ordine con cui detti punti non visibili vengono inseriti in detta coda di lavoro avviene in modo pseudo-casuale, calcolato all’inizio del metodo attraverso una permutazione casuale della tabella di dati ordinati, o “array†che contiene detti punti non visibili, ed in cui una volta che un punto viene ricoperto, viene rimesso in coda, in modo da determinare una copertura ciclica ed omogenea delle zone occluse.

Secondo forme di realizzazione del trovato, il valore di pvà ̈ posto uguale a (1-v)*n, mentre il valore di p0à ̈ posto uguale a v*n.

Con tale metodo secondo il presente trovato, poiché à ̈ noto che statisticamente, su una data base temporale (ad esempio di un’ora) si avrà un numero omogeneo di esposizioni sulla superficie del bagno di acciaio fuso, si ha la certezza che sulla medesima base temporale sarà stata distribuita una adeguata e corretta quantità di polvere di colata necessaria a sopperire al numero di esposizioni statisticamente previsto.

Un altro aspetto del presente trovato à ̈ relativo ad un metodo per la copertura delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso mediante polvere di colata in una lingottiera di un impianto per la colata continua dell’acciaio, conformato per il discernimento di esposizioni rispetto a fiamme, scintille od altri disturbi in un’operazione di copertura delle esposizioni del bagno di acciaio fuso, che comprende:

- una fase di acquisizione di una pluralità di immagini della superficie del bagno fuso;

- una fase di applicazione di una tecnica di filtraggio temporale non lineare dei pixel delle immagini acquisite basata sul filtraggio M-DS (Media - Deviazione Standard), che prevede il calcolo dell’andamento della media e della deviazione standard dell’intensità di ogni pixel su una finestra temporale di ampiezza voluta ed una sogliatura, considerando esposti i punti relativi a tutti i pixel la cui intensità media à ̈ superiore ad un determinato valore di soglia e la cui deviazione standard à ̈ inferiore ad un ulteriore determinato valore di soglia.

Secondo un ulteriore aspetto del presente trovato, Ã ̈ previsto un utensile di distribuzione delle polveri di colata, vantaggiosamente associabile ad un manipolatore robotizzato, che viene impiegato per eseguire i movimenti di copertura, tramite versamento o lancio, di cui sopra.

L’utensile di distribuzione delle polveri di colata comprende un corpo di contenimento, o cassetto, con il quale trasportare la polvere di colata, il quale à ̈ conformato per consentire la distribuzione mediante movimenti di versamento o di lancio, od entrambi detti movimenti, della polvere di colata.

L’utensile di distribuzione à ̈ conformato vantaggiosamente a paletta, ed à ̈ fissabile al manipolatore robotizzato, direttamente o tramite un’asta o barra.

Secondo una forma di realizzazione del trovato, particolarmente adatta nell’utilizzo in lingottiere per produrre bramme o blumi, il suddetto corpo di contenimento, o cassetto, presenta una prima camera principale, aperta superiormente, mediante la quale distribuire la polvere di colata con un movimento di versamento, ed una seconda camera di testa, aperta sia superiormente, sia frontalmente, mediante la quale eseguire la distribuzione della polvere con movimenti di lancio come sopra descritti.

In forme di realizzazione del trovato, la prima camera e la seconda camera sono separate da una parete divisoria trasversale, grazie alla quale, in alcuni movimenti di lancio secondo il trovato, à ̈ possibile spingere in avanti la polvere contenuta nella seconda camera di testa agevolandone l’uscita per il lancio attraverso l’apertura frontale.

In forme di realizzazione del trovato, preferibilmente impiegate nell 'utilizzo in lingottiere per produrre billette, il corpo di contenimento, o cassetto, presenta una camera interna, suddivisa longitudinalmente in due scomparti laterali longitudinali, e aperture superiori, tipo feritoie o finestre, mediante le quali à ̈ possibile sia versare la polvere di colata sul bagno di acciaio fuso, previa voluta rotazione del corpo di contenimento, o cassetto, verso la superficie del bagno, sia eseguire le operazioni di ricarica polveri.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 Ã ̈ una rappresentazione schematica del processo di colata continua;

- la fig. 2 Ã ̈ una vista laterale di un sistema secondo il presente trovato;

- la fig. 3 Ã ̈ una vista frontale nel verso indicato dalla freccia B di fig. 2;

- la fig. 4 Ã ̈ una vista laterale di una variante del sistema secondo il presente trovato; - la fig. 5 Ã ̈ uno schema unifilare del sistema di controllo e lancio polveri robotizzato del sistema secondo il presente trovato;

- la fig. 6 Ã ̈ una rappresentazione schematica di un cassetto di una paletta secondo il trovato;

- la fig. 7 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una prima tecnica di lancio con movimento di lancio frontale;

- la fig. 8 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una seconda tecnica di lancio con movimento di lancio di taglio;

- la fig. 9 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una paletta per il lancio di polveri in una lingottiera per la produzione di blumi o bramme;

- la fig. 10 Ã ̈ una sezione lungo la linea IX-IX di fig. 9;

- la fig. 11 Ã ̈ una vista frontale del movimento di lancio laterale;

- la fig. 12 Ã ̈ una vista laterale di una variante di una paletta per la distribuzione di polveri in una lingottiera per la produzione di billette;

- la fig. 13 à ̈ una vista in pianta dall’alto di fig. 12;

- la fig. 14 Ã ̈ una vista posteriore di fig. 12;

- la fig. 15 Ã ̈ una vista frontale di fig. 12;

- la fig. 16 Ã ̈ una vista assonometrica di fig. 12;

- la fig. 17 rappresenta uno schema di divisione logica della lingottiera per la scelta del movimento di copertura;

- la fig. 18 Ã ̈ una rappresentazione della distribuzione dei punti di prova sulla superficie della lingottiera con griglia 50x50 mm;

- la fig. 19 rappresenta il sistema robotizzato del presente trovato in una fase di caricamento polveri;

- la fig. 20 rappresenta il sistema robotizzato del presente trovato in una fase di versamento polveri.

Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI REALIZZAZIONE

1) COMPONENTI DEL SISTEMA

Le figg. 2 e 3 illustrano forme di realizzazione di un sistema 30 robotizzato secondo il presente trovato per il controllo e lancio polveri robotizzato in un impianto di colata continua. La fig. 5 illustra uno schema unifilare del sistema 30.

Il sistema 30 comprende un robot manipolatore 32 antropomorfo, provvisto di un braccio articolato 34 sul quale à ̈ montato un utensile per la distribuzione e/o il lancio di polveri sul bagno di acciaio fuso nella lingottiera. Nella fattispecie, l’utensile à ̈ una paletta, vantaggiosamente nelle forme di realizzazione illustrate nelle figg. 6, 9 e 10 nel caso di lingottiera per blumi o bramme (numero di riferimento 60), oppure come illustrato nelle figg. 12, 13, 14, 15 e 16 nel caso di lingottiera per billette (numero di riferimento 70).

In forme di realizzazione del trovato, il manipolatore 32 può essere installato sospeso, oppure, in altre forme di realizzazione, a pavimento.

Nelle figg. 2 e 3, il manipolatore 32 à ̈ illustrato installato sospeso ad un telaio, o travatura, 36 ed à ̈ movimentabile da e verso la lingottiera 18 tramite mezzi di movimentazione 38 anch’essi sospesi.

Nella fig. 4, il manipolatore 32 Ã ̈ illustrato fissato alla pavimentazione, anche in questo caso mobile da e verso la lingottiera 18 tramite mezzi di movimentazione 38 a pavimento.

Nel caso di più lingottiere 18 in parallelo, esse possono essere servite ciascuna da un proprio robot manipolatore 32 dedicato, oppure da un unico robot manipolatore 32 opportunamente movimentato tra le linee di colata continua.

Il sistema 30 comprende, inoltre, un controllore 40, una telecamera 42, per acquisire immagini e/o sequenze video della superficie del bagno di acciaio fuso della lingottiera 18, un laser scanner 44 per l’individuazione di intrusioni nello spazio di lavoro del robot, e contenitori, o dispenser, 46 per il dosaggio di una quantità controllata e l’erogazione delle polveri di colata nell’utensile, o paletta, 60, 70. I dispenser 46 sono collocati superiormente, sul suddetto telaio, o travatura, 36. Possono essere previsti vari dispenser 46 che contengono differenti tipi di polvere in funzione del tipo di acciaio che viene colato. Il robot manipolatore 32, opportunamente istruito, preleva alternativamente il voluto tipo di polvere da un dispenser 46 o dall’altro. Di seguito si descrivono in dettaglio alcune forme di realizzazione dei componenti del sistema 30.

Manipolatore 32

In alcune forme di realizzazione, il presente trovato utilizza un manipolatore 32 antropomorfo con polso sferico. Questa categoria di manipolatori à ̈ quella che maggiormente si avvicina alle caratteristiche del braccio umano. Essa presenta, infatti sei giunti rotoidali che garantiscono alla struttura altrettanti gradi di libertà.

Un primo giunto 32a (fig. 20) permette la rotazione del corpo di base 35 del manipolatore 32 attorno ad un asse verticale, un secondo giunto 32b (fig. 20) à ̈ detto giunto di spalla e articola il corpo di base del manipolatore 32 con il braccio 34 mentre un terzo giunto 32c (fig. 20), detto giunto di gomito, connette “braccio†34a ed "avambraccio†34b della struttura del braccio 34.

Un quarto giunto 32d (fig. 20) permette l’articolazione dell’avambraccio 34b attorno ad un asse parallelo al braccio 34a ed un quinto 32e e sesto 32f giunto (fig. 19) permettono l’articolazione del polso 34c del braccio articolato 34 attorno ad altri due assi incidenti rispetto all’asse del quarto giunto32d.

In alcune forme di realizzazione, il robot manipolatore 32 Ã ̈ protetto da un rivestimento apposito in materiale flessibile, che lo avvolge, proteggendolo da calore, spruzzi di acciaio fuso od altro.

Controllore 40

In alcune forme di realizzazione, il presente trovato utilizza un controller 40 che contiene l’elettronica necessaria per controllare il manipolatore, le periferiche di comunicazione ed eventuali assi esterni. Si compone dei seguenti moduli:

- drive module, contenente il sistema di azionamento dei giunti;

- control module contenente il computer, il pannello dell’operatore, l’interruttore dell’alimentazione elettrica, le interfacce di comunicazione, la connessione con una cloche di controllo Teach Pendant e le porte di servizio.

Telecamera 42

In alcune forme di realizzazione, il presente trovato adotta una telecamera 42 digitale, dotata di sensore CCD a colori ed interfacciabile con un PC attraverso rete LAN.

L’elaborazione delle immagini istantanee raccolte viene fatta su un personal computer 54, sfruttando librerie di visione automatica proprietarie e/o di commercio; i risultati vengono poi comunicati al controller del robot via ethemet sfruttando il protocollo TCP/IP.

In alcune forme di realizzazione, la telecamera 42 à ̈ vantaggiosamente montata sul braccio articolato 34 del manipolatore 32 ed à ̈ quindi, mobile con esso. In particolare, come si vede bene ad esempio nelle figg. 19 e 20, la telecamera può essere montata sulla parte di avambraccio 34b ed essere mobile con esso.

In alcune forme di realizzazione, la telecamera 42 montata sul braccio articolato 34 Ã ̈ ulteriormente orientabile e/o mobile rispetto al braccio articolato 34.

In altre forme di realizzazione, la telecamera 42 non à ̈ montata sul braccio articolato 34.

In alcune forme di realizzazione, la telecamera 42 Ã ̈ disposta su un supporto fisso ed inquadra la lingottiera 18.

In altre forme di realizzazione, la telecamera 42 Ã ̈ resa mobile, ad esempio mediante un dispositivo di puntamento.

Laser scanner 44

Un laser scanner 44 viene utilizzato come dispositivo optoelettronico di sicurezza di categoria 3 in grado di rilevare l'intrusione di persone ed oggetti nello spazio di lavoro del robot e mandare un comando di stop al robot ed al suo supporto di movimentazione.

Elementi ausiliari

L’applicazione à ̈ corredata da ulteriori elementi atti a completarne l'automazione, per adempiere alle sue funzionalità: i dispenser 46 per il dosaggio delle polveri, un HMI (Human-Machine Interface) 48 con relativo monitor 49, un computer 54 con relativo monitor 56 ed un PLC 50 di supervisione, che consentono il funzionamento autonomo del sistema 30 robotico.

Il dispenser 46 dosa la polvere nell’utensile, o paletta, 60, 70 di distribuzione per caduta, grazie ad una valvola pneumatica 52 azionata dal PLC 50 su richiesta del controller 40. La comunicazione tra questi due elementi avviene via Profibus e riguarda anche altre tipologie di dati, come la zona della lingottiera in cui à ̈ stata rilevata un’esposizione, o i comandi di avvio e fermata dell'applicazione.

L'HMI 48 mette a disposizione un ambiente grafico che permette all'operatore di interagire con la macchina: essa consente almeno l'avvio e la fermata dei cicli di lavoro e fornisce informazioni sullo stato del sistema. L'HMI 48 mostra inoltre la sequenza video acquisita dalla telecamera 42; in questo caso il segnale proviene direttamente dal computer 54 con monitor 56 preposto alla visione.

2) SISTEMA ROBOTICO

2, li DINAMICA DELLE POLVERI

La collocazione del manipolatore 32 rispetto alla lingottiera 18, che pone una parte di quest'ultima aH’estemo dello spazio operativo, unita alla necessità di mantenere il braccio articolato 34 il più lontano possibile dalla zona del bagno per motivi di sicurezza, obbligano a coprire alcune zone tramite lanci della polvere di colata.

La Richiedente ha ideato e sviluppato innovative palette 60, 70 utilizzate per adempiere a tale scopo, studiando il modo in cui le polveri si distribuiscono in funzione delle caratteristiche del lancio, al fine di valutare l’efficacia di questi utensili e scegliere opportunamente i movimenti del manipolatore 32.

Di seguito si descrivono forme di realizzazione di palette sia per la distribuzione ed il lancio di polvere in una lingottiera per la produzione di blumi e bramme, sia per la distribuzione di polvere in una lingottiera per la produzione di billette.

Paletta 60 per blumi o bramme (figg. 6. 9 e 10)

In generale, una prima paletta 60 sviluppata dalla Richiedente presenta una flangia che ne consente il fissaggio al polso del robot manipolatore 32 e un'asta, o barra, alla cui sommità à ̈ saldato un corpo scatolare, o cassetto, per il trasporto delle polveri (fig.

6); l’utensile à ̈ vantaggiosamente costruito in acciaio, o sue leghe oppure in alluminio od altri metalli adatti.

Paletta 400 mm

In alcune forme di realizzazione, l’asta della prima paletta ha una lunghezza di 200 mm e la lunghezza complessiva à ̈ di 400 mm. Per altre necessità, l’utensile può essere più lungo.

Paletta 750 mm

Nel caso in cui non si possano garantire gittate sufficienti a coprire tutto il menisco servendosi della paletta da 400 mm, La Richiedente propone un utensile di dimensioni maggiori, 750 mm, in grado di raggiungere le zone della lingottiera più remote (paletta schematizzata nella figg. 9 e 10).

La paletta 60 da 750 mm comprende un’asta, o barra, 62, che presenta, ad una prima estremità, una flangia 64 di fissaggio al braccio articolato 34 del manipolatore 32 e, ad una seconda estremità, un corpo scatolare, o cassetto, 66, di contenimento delle polveri.

Tale corpo scatolare, o cassetto, 66 ha una conformazione sostanzialmente semicilindrica (fig. 10) ed à ̈ suddiviso, trasversalmente rispetto al suo asse principale, tramite una parete divisoria 68 posta ad una distanza voluta dalla barra 62. Tale parete divisoria 68 suddivide il corpo scatolare, o cassetto, 66 in un primo settore, o prima camera 67, principale, più a ridosso della barra 62 e di dimensioni maggiori, per la distribuzione delle polveri mediante versamento o lanci laterale e di taglio, ed un secondo settore, o seconda camera 69 di testa, in posizione opposta alla barra 62 di dimensioni minori rispetto al primo settore, ad esempio circa un quarto della lunghezza complessiva del corpo scatolare, o cassetto, 66.

Il corpo di contenimento, o cassetto, 66 presenta complessivamente un’apertura superiore 65 che interessa sia la prima camera 67, sia la seconda camera 69, per il passaggio e la ricarica delle polveri. Inoltre, à ̈ prevista anche un’apertura frontale 63 o di testa nella seconda camera 69, per il lancio frontale della polvere.

Come detto, il progetto della paletta 60 da 750 mm deve rispettare i limiti di carico al polso della struttura del manipolatore 32. Nel caso di limitata capacità del manipolatore 32, cioà ̈ nei casi in cui questo non consenta la movimentazione di utensili troppo lunghi, la Richiedente ha ideato una paletta con cassetto a doppia camera, ovvero il primo settore 67 ed il secondo settore 69, una centrale per versare la polvere nei punti raggiungibili, l’altra aperta in testa (apertura di testa 63) per lanciarla e consentire la copertura delle zone inaccessibili.

Il cassetto coniuga, inoltre, un'adeguata capacità ad un peso tale da non caricare troppo il polso del manipolatore 32. Il materiale scelto per la costruzione à ̈ l’acciaio laminato dello spessore di 1 mm, oppure può essere alluminio od altro metallo adatto.

Prove di lancio sulla lingottiera

L’impiego della paletta 60 da 400 mm o 750 mm ha richiesto una serie di prove per determinare le caratteristiche di distribuzione delle polveri di colata. I lanci sono stati effettuati direttamente sulla lingottiera 18.

Tipologie di lancio

Lancio frontale

Una prima tecnica (fig. 7) à ̈ il lancio frontale che prevede di partire con la paletta orizzontale e compiere un movimento longitudinale con contemporanea rotazione attorno all’asse X (fig. 6) del sistema di riferimento utensile da concludere a metà corsa, per poi proseguire con l’orientamento assunto fino allo stacco del materiale. Questa scelta consente di non perdere materiale dal cassetto nelle fasi iniziali e imprimere una certa spinta alla polvere di colata, che non si avrebbe qualora la paletta fosse mantenuta sempre orizzontale.

In particolare, la tecnica di lancio frontale con la paletta 60 da 750 mm prevede di riempire il secondo settore, o seconda camera, 69 di testa, e consiste nel partire con la paletta orizzontale e compiere un movimento longitudinale in modo da spingere la polvere con la parete divisoria 68 delle due camere 67, 69. Si prevede di utilizzare questa tecnica per la copertura delle zone più lontane dal robot manipolatore 32; rispetto al movimento compiuto, tuttavia, con la paletta da 400 mm, l’utensile viene mantenuto orizzontale per tutta la corsa. Con la paletta da 750 mm si ottiene un sostanziale aumento della lunghezza rispetto ai lanci frontali sulla lingottiera con la paletta da 400 mm, nonostante la posizione di stacco risulti più avanzata; questo comportamento à ̈ dovuto al fatto che l’utensile più lungo permette al manipolatore di lavorare più internamente nello spazio operativo, dove le velocità richieste ai giunti sono minori, consentendo in tal modo di ottenere delle velocità di stacco maggiori. Lancio laterale

Con la paletta da 750 mm si può adottare anche una tecnica di lancio laterale che prevede un movimento di avanzamento trasversale della paletta con contemporanea rotazione del cassetto (fig. 11).

Lancio di taglio

Un’altra tecnica à ̈ il lancio di taglio (flg. 8) che prevede il posizionamento della paletta in modo tale che la faccia laterale del cassetto sia parallela alla superficie su cui viene effettuato il lancio. Il TCP (acronimo di Tool Center Point, con cui si denota l’origine del sistema di riferimento utensile) compie, nella fattispecie, una traiettoria circolare di raggio 1250 mm, coprendo un arco pari a 45°. In particolare, con la paletta da 750 mm à ̈ possibile effettuare un lancio di taglio, del tutto simile a quello laterale, con la differenza che il TCP descrive una traiettoria circolare invece che rettilinea. Risultati

La paletta da 750 mm risulta essere sufficientemente lunga da includere tutte le zone della lingottiera nello spazio operativo del manipolatore. Tuttavia, poiché gli ingombri presentati dal corpo scatolare, o cassetto, 66 e dal contrappeso, uniti alle difficili condizioni ambientali dell’impianto reale, suggeriscono di mantenere il polso del manipolatore 32 il più lontano possibile dalla lingottiera 18, à ̈ possibile raggiungere le zone più remote con dei lanci invece che con dei semplici versamenti. La paletta da 750 mm consente la copertura di tutta l’area di interesse servendosi delle tecniche di lancio opportune sopra illustrate.

Paletta 70 per billette ffigg. 12. 13. 14. 15 e 16)

Nella distribuzione di polveri in lingottiere per la produzione di billette, essendo ridotto il menisco del bagno d’acciaio della lingottiera, à ̈ sufficiente un’azione di versamento delle polveri di tipo temporizzato e non vi à ̈ necessità di visione di zone occluse, come definite in dettaglio nel prosieguo.

La paletta impiegata, illustrata nelle figg. 12, 13, 14, 15 e 16 ed indicata con il riferimento numerico 70, presenta una barra 72 che reca, su una prima estremità, una flangia 74 per il fissaggio al braccio articolato 34 del manipolatore e, su una seconda estremità, un corpo scatolare, o cassetto, 76 per il contenimento della polvere.

Il corpo scatolare, o cassetto 76, ha una forma allungata e presenta una parete superiore 80, pareti laterali 82 ed una parete di fondo 84, che delimitano una sede interna, o camera 77 suddivisa longitudinalmente in due scomparti longitudinali laterali 77a, 77b (fig. 16) in corrispondenza di relative aperture, tipo feritoie o finestre 78, nel caso di specie in numero di due, ricavate passanti ai bordi della parete superiore 80. Attraverso dette finestre 78 viene versata la polvere di colata, mediante un movimento di inclinazione laterale analogo a quello illustrato in fig. 11, oppure viene effettuata la ricarica mediante i tubi di erogazione 47. La forma allungata delle aperture 78 consente un agevole svuotamento della paletta.

In forme di realizzazione, la camera 77 può contenere complessivamente da 40 a 300 grammi di polvere, vantaggiosamente 50 - 100 grammi.

Tale paletta 70, come detto, viene impiegata per il semplice versamento, mediante posizionamento, di volta, in volta, su una zona voluta della lingottiera 18 e rotazione del corpo scatolare, o cassetto, 76 per versare la polvere.

22) TASK ROBOTICO

In forme di realizzazione, il funzionamento dell’applicazione robotica che governa il manipolatore 32 à ̈ basato, ad esempio, su tre processi che operano in concorrenza e si occupano della comunicazione con il sistema di visione e della movimentazione del manipolatore.

Task di comunicazione della posa

Il primo task di comunicazione à ̈ di supporto alla fase di calibrazione della telecamera 42.

Secondo task di comunicazione

Questo task opera in sincronia con quello di movimento successivo, e si occupa di richiedere al sistema di visione le coordinate del punto da coprire.

Task di movimento

Il task di movimento ha al suo interno tutto il codice che si occupa della movimentazione del manipolatore 32.

Movimenti del manipolatore 32

Le traiettorie compiute dal manipolatore 32 nello spazio operativo sono descritte da pose che possono essere espresse in sistemi di coordinate differenti. Il manipolatore 32 si trova a lavorare soprattutto nei pressi della lingottiera 18.

Divisione della lingottiera 18

La copertura di un'esposizione avviene secondo diverse tipologie di movimento dell’utensile, o paletta 60, 70 di distribuzione; la scelta di quello più adatto si basa sull’area in cui si colloca il punto da servire. La lingottiera 18 viene pertanto divisa in molteplici zone, ad ognuna delle quali à ̈ associato un movimento di distribuzione specifico, di versamento o di lancio come sopra descritti, tenendo conto comunque della necessità di non avvicinare eccessivamente la paletta 60, 70 al tuffante 16.

II numero delle zone di suddivisione della lingottiera 18 dipende dalla tipologia di prodotto, blumi, bramme o billette.

Ad esempio, nel caso di blumi di grande sezione, la lingottiera 18 viene suddivisa in undici zone I, II, III, IV, V, VI, VII, Vili, IX, X, XI, ad ognuna delle quali à ̈ associato un movimento di distribuzione specifico. La fig. 17 riporta la divisione operata in questo caso specifico, da non intendersi in senso limitativo deH’ambito di tutela del presente trovato, in cui il cerchio centrale indica il tuffante 16.

Le costanti che consentono di delimitare i confini delle zone sono riportati nella seguente tabella.

Simbolo Valore Significato

[/] H l/l

Ri 350 Raggio della lingottiera

l't 50 Raggio del tuffante

xc0 Ascissa centro tuffante-lingottiera yc350 Ordinata centro tuffante-lingottiera ■Ì'divi 00 Vedi figura 17

140 Vedi figura 17

Udii il 225 Vedi figura 17

Udiv 2 0 i 5 Vedi figura 17

50 Ampiezza zone X e XI Movimenti di copertura

Il robot manipolatore 32 carica il corpo scatolare, o cassetto, 66 dell'utensile, o paletta, 60, 70 nel punto di ricarica R e, ad operazione di ricarica conclusa, si sposta verso il punto comune C; la collocazione di tali punti R e C in pianta all'interno del sistema à ̈ mostrata in fig. 17. Successivamente, il manipolatore 38 muove la paletta 60, 70 verso un punto di approccio posto nei pressi del bordo della lingottiera e calcolato in base alla regione in cui si trova l'area o zona da servire; infine compie il movimento di copertura vero e proprio, tramite versamento o lancio. La funzione del punto C à ̈ quella di separare le operazioni di ricarica nella posizione di ricarica R da quelle di distribuzione della polvere nelle zone che devono essere servite.

Zone I e Vili

Queste zone si trovano in aree della lingottiera 18 che possono essere raggiunte dalla paletta 60, 70 con facilità ed in relativa sicurezza; si à ̈ scelto pertanto di servirle versando la polvere in verticale sopra l'esposizione individuata. Tale scelta à ̈ una delle molteplici possibili, dipendendo dalla forma della lingottiera.

Dal punto comune C il manipolatore porta la paletta 60, 70 su un punto di approccio che ha la stessa ascissa di quello da servire e ordinata tale da collocarla sul bordo della lingottiera; da qui, dette jq. e yel'ascissa e l'ordinata dell'esposizione, la sposta per portare il centro della prima camera 67 principale sopra l'esposizione: inizia in questo istante il versamento vero e proprio. Esso avviene spostandosi di una voluta distanza lungo l'asse X del sistema di riferimento oggetto, ovvero allontanandosi dal tuffante 16; contemporaneamente la paletta 60, 70 viene ruotata di ±145° rispetto all'asse Y della tema utensile in modo tale da consentire la fuoriuscita del carico. La velocità di approccio e quella di versamento sono rispettivamente di 500 mm/s e 100 mm/s.

Il seguente pseudocodice realizza quanto spiegato per un’esposizione in zona I.

approccio: =calcola_approccio(xe, ye);

inizio. x:=xe+ 15;

inizio.y: =ye-125;

fìnale.x: = xe-45;

fmale.y: = ye-125;

MoveTo approccio;

MoveTo inizio;

MoveTo finale;

MoveTo inizio;

Zone II e IX

Le zone II e IX circondano il tuffante 16 e pertanto devono essere servite tramite movimenti che mantengano la paletta 60, 70 sufficientemente distante da questo elemento; la tecnica che si à ̈ deciso di adottare à ̈ il lancio laterale. Il punto di approccio in questo caso presenta la medesima ordinata del punto da servire e ascissa tale da collocarlo sul bordo della lingottiera dal lato della zona di interesse; da qui si dirige verso il punto che rappresenta l'inizio del lancio vero e proprio, il quale si sviluppa portando l'utensile, o paletta, 60, 70 di distribuzione in un determinato punto lungo la distanza che separa il punto di stacco da quello da coprire e ruotandolo contemporaneamente di ±90° rispetto all'asse Y della tema dell’utensile (fig. 6). A lancio compiuto il manipolatore 32 si dirige in posizione di ricarica R compiendo la medesima traiettoria a ritroso. La velocità di lancio laterale à ̈ di 1000 mm/s.

Il seguente pseudocodice descrive il movimento in zona IL

approccio: =calcola_approccio(xe, ye);

inizio.x: =xe-325;

inizio. y: =ye-125;

MoveTo approccio;

MoveTo inizio;

MoveTo Offset (inizio ,200,0,0);

MoveTo inizio;

Zone III e VII

Al fine di non avvicinare eccessivamente il polso del robot manipolatore 32 al corpo della lingottiera 18, si à ̈ deciso di coprire queste zone caricando la seconda camera 69 di testa della paletta 60, 70 e sfruttando quindi la tecnica di lancio frontale. Il manipolatore 32 porta l'utensile verso il punto di approccio, calcolato come nel caso delle zone 1 e 8 e da qui in un punto che costituisce il punto di inizio della traiettoria; lo stacco à ̈ posto in una posizione tale da essere separato di 200 mm dal punto da coprire; tale valore à ̈ stato scelto in base alle caratteristiche della distribuzione garantita da questo movimento. La velocità impostata per compiere il lancio frontale e di 2500 mm/s.

Il seguente pseudocodice implementa la traiettoria necessaria a servire entrambe le zone III e VII.

approccio: =calcola_approccio(xe, ye);

inizio.x: =xe+350;

inizio. y: =ye;

MoveTo approccio;

MoveTo inizio;

MoveTo Offset(inizio ,-150,0,0);

MoveTo inìzio;

Zone IV e VI

I movimenti relativi alle zone IV e VI sono del tutto analoghi a quelli relativi alle zone III e VII, con la variante che la traiettoria risulta ruotata di ±25° attorno all'asse Z del sistema di riferimento oggetto, al fine di evitare un eccessivo avvicinamento della paletta 60, 70 al tuffante 16.

Zona V

La zona 5 à ̈ la più difficile da raggiungere in quanto si trova, rispetto alla posizione del manipolatore 32, esattamente dietro al tuffante 16. Volendo evitare di portare il polso del manipolatore 32 sopra la lingottiera 18, non à ̈ possibile utilizzare i lanci frontali o laterali; tra le tecniche provate rimane a disposizione solamente il lancio di taglio. Esso garantisce delle distribuzioni piuttosto ampie rispetto all'area della zona V, le quali rendono inutile il calcolo della traiettoria in funzione delle coordinate del punto da coprire. Si à ̈ deciso pertanto di implementare solamente due strategie di approccio, da scegliere in base all'ordinata dell'esposizione. I tre punti necessari a caratterizzarle nel sistema di riferimento oggetto sono riportati nella tabella seguente.

Condiziono Punto Posiziono (mm) Orientamento (°)

z V<?>lì

Punto Inizialo -559,7 353.7 30,0 50,0 0.0 0,0 1 Punto Medio -4:16.5 230,5 30,0 40.0 0.0 -45,0<W>* - 2

Punto Finale -293.7 130.5 30,0 90.0 -60,0 -90,0 Punto Inizialo -559,7 466.2 30.0 50,0 0.0 0,0 Punto Medio -436.5 343.0 30,0 40.0 0.0 -45.0 Punto Finale -293.7 243.0 30,0 90.0 -60.0 -90,0

Dal punto comune, la paletta 60, 70 si muove verso il punto iniziale, da cui inizia a percorrere una traiettoria ad arco di circonferenza di ampiezza 20° con contemporanea rotazione del cassetto di 90° rispetto all'asse Y del sistema di riferimento utensile. La velocità impostata per compiere il lancio di taglio à ̈ pari a 2000 mm/s.

Il seguente listato di pseudocodice descrive quanto sopra riportato.

IF y< =y_dìv_l/2 THEN

MoveTo p iniziale;

MoveTo pjnedio , Offset p Jìnale , 0, 0, 0);

MoveTo p iniziale;

ELSE

MoveTo Offset(p iniziale ,0 ,y_div_l/2 ,0);

MoveTo Offset(p medio , 0 ,y_div_l/2 , 0);

MoveTo Offset(p Jìnale , 0 ,y_div_l/2 , 0);

MoveTo Offset(p medio ,0 ,y_div_l/2 ,0);

MoveTo Offset(p iniziale , 0 ,y_div_l/2 , 0);

ENDIF

Zone X e XI

Le zone X e XI potrebbero essere servite attraverso dei versamenti simili a quelli usati per le zone 1 e 8, accettando però di versare una parte significativa del carico di polvere fuori dalla lingottiera; volendo ridurre il più possibile gli sprechi à ̈ necessario adottare qualche altra tecnica, come ad esempio il lancio laterale compiuto verso il bordo della lingottiera e non verso l'interno del bagno.

La velocità con cui à ̈ compiuto il lancio delle polveri à ̈ di 500 mm/s, sufficienti a raggiungere il bordo della lingottiera.

I movimenti relativi alla zona XI sono riportati nel seguente listato.

approccio: =calcola_approccio(xe, ye);

inizio.x: =xe+l 75;

inizio.y: =ye-125;

IF ye<= 500 THEN

MoveTo approccio;

MoveTo inizio;

MoveTo Off, set (inizio ,-75,0,0);

MoveTo inizio;

ELSE

ENDIF

3) SISTEMA DI VISIONE

3.U CALIBRAZIONE DELLA TELECAMERA 42

Per associare i punti della scena ai pixel che formano un’immagine, à ̈ necessario determinare il modello geometrico della telecamera 42.

Modello prospettico

Basandosi sulle componenti del modello geometrico della telecamera, Ã ̈ possibile definire una trasformazione che descrive la proiezione prospettica di un punto della scena sul piano immagine.

Metodo di calibrazione DLT

Utilizzando un metodo di calibrazione à ̈ possibile stimare gli elementi della matrice di calibrazione prescindendo dal loro significato fisico ma sfruttando la corrispondenza tra determinati punti, noti sia nel sistema di riferimento reale, sia nel piano immagine.

La procedura di calibrazione DLT fa affidamento su un gig avente marker facilmente estraibili dalle immagini acquisite e posti in posizione nota nel sistema di riferimento mondo. Il posizionamento viene effettuato tramite il manipolatore che ne fornisce quindi la posa completa.

La precisione con cui viene individuata la posizione dei marker neH'immagine gioca un ruolo fondamentale sulla bontà del risultato della calibrazione.

Metodo di calibrazione mould-based

Il metodo di calibrazione mould-based si propone di stimare la matrice di proiezione prospettica partendo da un'osservazione del bordo della lingottiera 18. La Richiedente utilizza vantaggiosamente il metodo mould-based per rendere tutto il sistema robusto rispetto a piccoli spostamenti della telecamera.

Il metodo consiste nell’identificare il posizionamento della telecamera 42 osservando la lingottiera 18 e quindi rendendo univoca la posa rispetto a questa. La posizione del robot 32 rispetto alla lingottiera 18 à ̈ infatti meccanicamente nota. In questo modo la geometria del sistema à ̈ completamente nota.

3.2Ί RILEVAMENTO DELLE ESPOSIZIONI

Il sistema di visione ha il compito di rilevare le zone del bagno dove si forma un'esposizione del menisco d'acciaio all’aria per consumo della polvere di colata, e comunicare al robot manipolatore 32 la necessità di procedere alla sua copertura. II presente trovato propone una tecnica di rilevamento, che sfrutta un processo di trasformazione di un'informazione di posizione dal piano immagine al piano della lingottiera 18, ovviando anche al problema delle occlusioni del bagno.

Discernimento fiamme-esposizioni

Il sistema di visione telecamera 42 - computer 54 - monitor 56 ha il compito di rilevare le zone del bagno dove c’à ̈ carenza di polvere di colata; essendo l'acciaio incandescente, queste esposizioni presentano un'elevata intensità luminosa che tuttavia non à ̈ sufficiente a caratterizzarle. Vengono, infatti, a formarsi in maniera casuale sul pelo libero dell'acciaio delle fiammate che presentano caratteristiche simili.

In generale, si propone, pertanto, un metodo volto a distinguere le esposizioni dalle fiamme, il quale calcola la media e la deviazione standard di ogni singolo pixel su una certa finestra temporale, scartando tutti gli elementi che non presentino contemporaneamente elevate intensità e basse variabilità.

In particolare, con il passare del tempo la polvere presente sul pelo libero dell’acciaio viene gradualmente consumata, esponendo la lega incandescente al contatto con l’aria. Queste esposizioni risultano avere un'intensità luminosa che le fa spiccare nettamente dal contesto; tuttavia una semplice analisi puntuale basata su una singola istantanea non à ̈ sufficiente alla loro individuazione. Infatti, nel processo di lavorazione le fiamme che si generano frequentemente sulla superficie hanno caratteristiche di intensità tali che, qualora si operi su una singola immagine, le rendono indistinguibili dalle esposizioni vere e proprie. Dal momento che queste fiamme non compromettono la qualità del prodotto, si desidera poter individuare le sole esposizioni; per raggiungere tale scopo si rende pertanto necessaria un'elaborazione temporale di più frame successivi.

Dall’osservazione dell’andamento nel tempo dell’intensità di alcuni pixel che l’osservatore umano riesce a distinguere come appartenenti ad un'esposizione o ad una fiammata, si può notare che la variabilità di questi ultimi risulta decisamente maggiore.

La tecnica di filtraggio ottimale si ottiene mediante filtro M-DS.

Filtraggio M-DS

La Richiedente ha adottato un filtraggio M-DS (Media Deviazione Standard) che prevede il calcolo dell’andamento della media p<u;v)(t) e della deviazione standard a(u;v)(t) dell’intensità dei pixel, su una data finestra temporale di ampiezza Ï„. Quest'ultima grandezza a(u;v)(t) differisce sensibilmente tra fiamme ed esposizioni ed à ̈ possibile sfruttarla per raggiungere lo scopo.

II filtro calcola la media e la deviazione standard dell’intensità di ogni pixel su una sequenza video di alcuni frame. Successivamente effettua una sogliatura ponendo pari ad uno (1) tutti i pixel la cui intensità media à ̈ superiore ad una certa soglia σÎ1⁄4e la deviazione standard à ̈ inferiore ad un'altra soglia σσ.

Nel risultato che si ottiene dall’operazione di filtraggio, il tuffante 16 compare ancora nell’immagine elaborata in quanto l’andamento dell’intensità dei pixel su cui si proietta à ̈ analogo a quello dei pixel di esposizione. Tuttavia essendo nota la sua posizione all’interno della sistema 30 à ̈ possibile escludere i pixel dell’immagine corrispondenti dalle successive elaborazioni, grazie alla matrice di proiezione prospettica.

Alcuni dei pixel di fiamma potrebbero non venire soppressi dall’operazione di filtraggio. Essendo tuttavia pochi e relativamente sparsi risulta agevole eliminarli grazie ad un'analisi morfologica che calcoli l’area delle regioni presenti. I centroidi delle zone che passano quest'ulteriore selezione sono solo quelli relativi alle esposizioni cercate.

Proiezione sul piano della lingottiera 18

I centroidi delle esposizioni individuate nel piano immagine devono essere riproiettati nella scena al fine di fornire al sistema robotico del manipolatore 32 l’informazione necessaria a svolgere il proprio compito. Questa operazione deve tenere conto del fatto che esistono infiniti punti della scena che si proiettano nel medesimo pixel dell'immagine. Essi sono tutti quei punti che giacciono sulla retta passante per la proiezione e per il centro ottico. Il problema inverso può essere risolto dal momento che à ̈ noto a priori il piano in cui giacciono le esposizioni, ovvero quello evidenziato dal pelo libero dell'acciaio. L'unica soluzione ammissibile à ̈ pertanto data dall'intersezione tra il piano della lingottiera e il raggio ottico di interesse, ovvero la retta passante per il centro ottico e per il punto individuato sul piano immagine.

Occlusioni

Il presente trovato si propone di superare l’inconveniente della copertura dei punti del bagno non visibili dalla telecamera 42 a causa della presenza del bordo della lingottiera 18 e del tuffante 16. Com’à ̈ intuibile, infatti, non tutta la superficie della lingottiera 18 à ̈ visibile dalla telecamera 42. Gli elementi che concorrono a formare le zone d'ombra sono fondamentalmente due: il tuffante 16 e la parte del bordo della lingottiera 18 rivolta alla telecamera 42. Anche altri elementi, come il cassetto della paletta, 60, 70 o il contrappeso, potrebbero interferire con la visione, tuttavia non verranno considerati in quanto si à ̈ previsto di posizionare la telecamera 42 sul braccio articolato 34 (fig. 20) in maniera tale che questa eventualità non si verifichi. Risulta pertanto necessario fare in modo che anche le zone occluse possano essere ricoperte. In linea generale, la soluzione proposta identifica le zone occluse ed inserisce nella coda delle esposizioni da servire dei punti ad esse appartenenti, scelti in maniera pseudo-casuale, con una frequenza proporzionale al rapporto tra l'area non visibile e quella totale; le prove sperimentali svolte hanno mostrato che questo modo di procedere consente la completa copertura del bagno con un numero di servizi inferiore rispetto a quello richiesto da un inserimento in coda dei punti ordinati. Il primo passo da compiere à ̈ quindi individuare il tuffante 16 ed il bordo della lingottiera 18.

Individuazione del tuffante 16

L’identificazione del tuffante 16 prevede l’estrazione dei suoi bordi dalle immagini raccolte; questo approccio risulta essere molto flessibile in quanto si adatta a collocamenti del tuffante 16 al di fuori della posizione nominale. Le complessità emergono quando si cerca di individuare il bordo alla quota del pelo libero dell’acciaio; infatti, qualora le esposizioni risultassero a ridosso del tuffante 16, come spesso accade, non sarebbe possibile compiere tale rilevamento a causa dell’analoga intensità che caratterizza i pixel di esposizione e quelli del tuffante.

Il problema può essere superato comunque sfruttando il fatto che le coordinate dei punti appartenenti al bordo del tuffante 16 ed alla quota del pelo libero sono note. Basandosi, quindi, sulle conoscenze geometriche sul tuffante 16, si esprime la sua superficie e si individuano i punti di maggior interesse che sono quelli alle quote del pelo libero dell’acciaio e del cassetto della paletta 60, 70; da tali punti, proiettati sulfimmagine mediante le tecniche sopra accennate, si ottengono le volute corrispondenze. Collegando tali punti à ̈ quindi possibile evidenziare anche il profilo del tuffante 16 e completare così la sua estrazione.

Bordo della lingottiera 18

La posizione della lingottiera 18 à ̈ nota e fissata nel sistema di riferimento della sistema, pertanto il rilevamento del bordo può essere fatto per via geometrica. E<1>possibile esprimere la sua equazione in maniera analoga a quanto fatto per il tuffante 16. Per quanto riguarda la quota, i punti rilevanti sono in corrispondenza del bordo e della parte a contatto col pelo libero dell’acciaio. Proiettando tali punti neH’immagine ed estraendo solo la porzione rivolta verso la telecamera 42 si mette in evidenza la parte del bordo che oscura il bagno.

Copertura dei punti occlusi

Al fine di servire adeguatamente le zone nascoste à ̈ stata presa in considerazione una griglia o matrice di punti di test giacenti sul pelo libero del bagno di acciaio fuso da proiettare sul piano immagine associato all’immagine acquisita, per vedere se fanno parte o meno delle regioni occluse. Un esempio della loro disposizione con griglia o matrice 50x50 mm à ̈ riportato in fig. 18.

Il rapporto v tra il numero di punti in ombra e quelli totali, calcolato mediante il controllore 40, fornisce un'indicazione dell’entità delle regioni occluse, orientando la scelta della frequenza con cui servirle. La legge di riempimento della coda dei punti in attesa di essere ricoperti dal manipolatore 32, impostata sul controllore 40, prevede che, ogni n elementi (ad esempio 10 elementi), ve ne siano pvvisibili e p0occlusi, laddove pv=(l-v)*n e p0=v*n.

Data l’imprevedibilità con cui si formano le esposizioni, i punti non visibili che devono essere inseriti nella coda vengono scelti in maniera pseudo-casuale. L’ordine con cui verranno serviti à ̈ calcolato all’avvio dell’applicazione che gestisce le code di lavoro sul controllore 40, attraverso una permutazione casuale della tabella di dati ordinati (array) che contiene tipicamente le loro coordinate note; una volta che un punto viene servito, viene rimesso in coda. Questa soluzione consente di servire le zone d'ombra in maniera ciclica ed omogenea, evitando gli ammassi di polvere di colata che si avrebbero, ad esempio, ricoprendo i punti occlusi di seguito uno vicino all’altro.

Poiché le coordinate di tutti i punti della griglia, visibili ed occlusi, sono note, la suddetta legge di riempimento, in abbinamento al criterio pseudo-casuale di intervento, fornisce la frequenza con la quale punti occlusi selezionati randomicamente, ovvero in modo casuale, devono essere sottoposti ad operazione di copertura.

L’applicativo del controllore 40 che gestisce le code di lavoro e le operazioni del robot manipolatore 32 elabora ciclicamente le informazioni relative alla frequenza di intervento sulle zone occluse rispetto alle zone visibile, acquisite mediante l’elaborazione di immagini della lingottiera 18 acquisite nel tempo dalla telecamera 42, e crea una voluta coda di lavoro pseudo-casuale dei punti occlusi da coprire.

Ad esempio, se il valore del rapporto v à ̈ elevato significa che vi à ̈ un elevato numero di punti occlusi, con coordinate note, da servire rispetto ai punti visibili. Gli effettivi punti occlusi che vengono serviti in un ciclo verranno scelti in modo pseudocasuale e sotoposti ad un ciclo copertura. L’affidabilità del metodo si basa sul fatto che, essendo noto, statisticamente, il numero di esposizioni su una data base temporale, l’omogeneità di intervento sui punti occlusi, sulla stessa base temporale, à ̈ garantita dall’approccio di scelta pseudo-causale delle coordinate dei punti occlusi da servire.

Prove sperimentali

Al fine di testare l’efficacia di questo metodo sono state eseguite delle prove con la telecamera 42 montata alle spalle del manipolatore 32 in una posizione tale da garantire v = 0,51, ovvero nella fattispecie settantasette punti occlusi sui centocinquantadue di prova; la frequenza di servizio in queste condizioni risulta essere di cinque esposizioni e cinque punti occlusi. Per la prova à ̈ stato utilizzato un modello in legno della lingotiera 18, dove la parte visibile di questa à ̈ stata ricoperta di polvere di colata, lasciando esposti solamente cinque punti; le zone occluse sono state invece lasciate completamente scoperte.

E’ stato poi fatto girare l’applicativo fino a quando tute le zone occluse non sono state ricoperte. I dati rilevati mettono in evidenza i seguenti fati:

- i punti di prova sono distribuiti in maniera tale da garantire la copertura di tutte le zone occluse, o non visibili;

- scegliendo l’ordine di servizio dei punti occlusi con il metodo proposto, la copertura completa può essere portata a compimento più velocemente che ricoprendoli di seguito uno vicino all’altro;

- se si servissero i punti occlusi uno di seguito all’altro si verrebbero a formare accumuli di polvere in certe zone della lingottiera, lasciando invece scoperte certe altre e inficiando così la qualità del prodoto.

È chiaro che al sistema robotizzato per la gestione delle polveri in un impianto per la colata continua dell’acciaio fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato. È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di sistema robotizzato per la gestione delle polveri in un impianto per la colata continua dell’acciaio, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la copertura delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso mediante polvere di colata in una lingottiera (18) di un impianto (10) per la colata continua dell’acciaio, caratterizzato dal fatto che comprende: - una fase di suddivisione della lingottiera (18) in un numero voluto di zone (I, II, III, IV, V, VI, VII, Vili, IX, X, XI), ad ognuna delle quali à ̈ associato un movimento di copertura, dette zone (I, II, III, IV, V, VI, VII, Vili, IX, X, XI) essendo determinate ed individuate in modo coordinato con la posizione del tuffante (16) e del bordo della lingottiera (18); - una fase di esecuzione automatizzata di uno o più movimenti di copertura mediante i quali distribuire la polvere di colata in una selezionata di dette zone (I, II, III, IV, V, VI, VII, Vili, IX, X, XI), i quali movimenti, ripetuti in sequenza secondo un voluto programma, sono selezionati in un gruppo comprendente movimenti di versamento e movimenti di lancio, almeno in base alla posizione reciproca tra ciascuna di dette zone (I, II, III, IV, V, VI, VII, Vili, IX, X, XI) ed il tuffante (16).
2. 2. Metodo come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno le zone (II, III, IV, VI, VII, IX) ravvicinate al tuffante (16), oppure la zona (V) in posizione opposta ed ostacolata dal tuffante (16) vengono ricoperte mediante movimenti di lancio della polvere.
3. 3. Metodo come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che prevede sia lo spostamento in una posizione di ricarica (R) dove viene eseguita una fase di ricarica delle polveri, sia, una volta conclusa la fase di ricarica, una fase di spostamento in un voluto punto comune (C) della lingottiera (18), a partire dal quale vengono eseguiti i suddetti movimenti di copertura.
4. 4. Metodo come nella rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che, a partire da detto 2 gip V3-5846 punto comune (C), la polvere viene spostata verso un punto di approccio posto nei pressi del bordo della lingottiera (18) e calcolato in base alla regione della lingottiera (18) in cui si trova la zona da servire e che a partire da detto punto di approccio viene eseguito il movimento di copertura.
5. 5. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti movimenti di lancio comprendono lancio frontale, lancio laterale oppure lancio di taglio.
6. 6. Metodo come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che prevede, almeno per la copertura della zona (V) oscurata od eclissata dal tuffante (16), l’esecuzione di movimenti di lancio di taglio.
7. 7. Metodo per la copertura delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso mediante polvere di colata in una lingottiera (18) di un impianto (10) per la colata continua dell’acciaio conformato per l’individuazione e la copertura di occlusioni o zone non visibili del bagno di acciaio fuso, caratterizzato dal fatto che comprende: - una fase di acquisizione di almeno un’immagine della superficie del bagno fuso; - una fase di individuazione sia di zone visibili sia di zone occluse che comprendono almeno le zone d’ombra definite dal tuffante (16) e dal bordo della lingottiera (18), sull’immagine acquisita; - una fase di definizione di una matrice di punti di test giacenti sul pelo libero del bagno di acciaio fuso e proiettata su un piano immagine associato a detta immagine acquisita, detti punti essendo tutti associati ad univoche coordinate spaziali note e definite a priori; - una fase di conteggio dei punti appartenenti alle zone visibili; - una fase di determinazione del valore del rapporto v tra il numero dei punti inclusi nelle zone occluse, ovvero non visibili, ed i punti complessivi n della matrice dei punti di test, per fornire un’indicazione dell’entità delle zone occluse in modo da orientare la scelta della frequenza con cui esse vengono ricoperte; - una fase di definizione di una legge di riempimento di una coda di lavoro di punti in attesa di essere ricoperti con la polvere di colata, la quale legge di riempimento prevede che, in funzione del suddetto rapporto v, ogni n elementi in coda, ve ne siano pvvisibili e Poocclusi o non visibili, in cui la scelta dell’ordine con cui detti punti non visibili vengono inseriti in detta coda di lavoro avviene in modo pseudo-casuale, calcolato all’inizio del metodo attraverso una permutazione casuale della tabella di dati ordinati, o “array†, che contiene detti punti non visibili, ed in cui una volta che un punto viene ricoperto, viene rimesso in coda, in modo da determinare una copertura ciclica ed omogenea delle zone occluse.
8. 8. Metodo come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che i valori di pvvisibili e p0occlusi sono calcolati attraverso le seguenti relazioni: - pv=(l-v)*n; - p0=v*n.
9. 9. Metodo per la copertura delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso mediante polvere di colata in una lingottiera (18) di un impianto (10) per la colata continua dell’acciaio, conformato per il discernimento di esposizioni rispetto a fiamme, scintille od altri disturbi del bagno di acciaio fuso, caratterizzato dal fatto che comprende: - una fase di acquisizione di una pluralità di immagini della superficie del bagno fuso; - una fase di applicazione di una tecnica di filtraggio temporale non lineare dei pixel delle immagini acquisite, basata sul filtraggio M-DS (Media - Deviazione Standard) che prevede il calcolo dell’andamento della media e della deviazione standard dell’intensità di ogni pixel, su una finestra temporale di ampiezza voluta ed una sogliatura, considerando esposti i punti relativi a tutti i pixel la cui intensità media à ̈ superiore ad un determinato valore di soglia e la cui deviazione standard à ̈ inferiore ad un ulteriore determinato valore di soglia.
10. 10. Utensile di distribuzione delle polveri associabile ad un manipolatore (32) robotizzato, per eseguire movimenti di copertura mediante polvere di colata delle esposizioni di un bagno di acciaio fuso in una lingottiera (18) in un impianto (10) per la colata continua dell’acciaio, caratterizzato dal fatto che comprende un corpo di contenimento, o cassetto, (66, 76) con il quale trasportare la polvere di colata, il quale à ̈ conformato per consentire la distribuzione mediante movimenti di versamento o di lancio, od entrambi detti movimenti, della polvere di colata.
11. 11. Utensile come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto corpo di contenimento, o cassetto, (66) presenta una prima camera (67) principale, aperta superiormente, mediante la quale distribuire la polvere di colata con un movimento di versamento e di lancio, ed una seconda camera (69) di testa, aperta sia superiormente, sia frontalmente (63), mediante la quale eseguire la distribuzione della polvere con movimenti di lancio frontale.
12. 12.Utensile come nella rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che la prima camera (67) e la seconda camera (69) sono separate da una parete divisoria trasversale (68), mediante la quale à ̈ possibile spingere in avanti la polvere contenuta nella seconda camera (69) di testa agevolandone l’uscita per il lancio attraverso l’apertura frontale (63).
13. 13. Utensile come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto corpo di contenimento, o cassetto, (76) presenta una camera interna (77), suddivisa longitudinalmente in due scomparii (77a, 77b), e aperture superiori (78) di forma allungata nella direzione di sviluppo principale del corpo di contenimento, o cassetto, (76), attraverso le quali à ̈ possibile sia versare la polvere di colata sul bagno di acciaio fuso e sia effettuare un’operazione di ricarica polveri.