IT201800005143A1

IT201800005143A1 - Metodo per il controllo di un oggetto in materiale trasparente e relativo sistema di controllo

Info

Publication number: IT201800005143A1
Application number: IT102018000005143A
Authority: IT
Inventors: Casa Maurizio Dalla; Marco Montecchi
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-08
Also published as: US11448602B2; CN112119281B; MX2020011719A; EP3791129A1; EP3791129B1; CN112119281A; WO2019215255A1; ES2923507T3; US20210239624A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

“Metodo per il controllo di un oggetto in materiale trasparente e relativo sistema di controllo”

SETTORE DELLA TECNICA

L'invenzione riguarda un metodo, e un relativo sistema, per il controllo di un oggetto in materiale trasparente. Tale metodo consente di eseguire controlli superficiali e/o di forma di almeno una superficie, o parte di essa, dell’oggetto per individuare ad esempio irregolarità e/o difetti strutturali. Secondo una forma di realizzazione è possibile anche determinare lo spessore dell’oggetto da controllare.

ARTE ANTERIORE

Sono note svariate metodologie per ricostruire la forma 3D di un oggetto. Tra quelle senza contatto, la scansione laser 3D a triangolazione ben si presta alla misura di oggetti da una distanza dell’ordine del metro con risoluzione fino a qualche micron. Secondo questa tecnica nota, qui non spiegata in dettaglio, un fascio laser è indirizzato verso l’oggetto da misurare, la superficie illuminata riflette/diffonde parte della radiazione incidente e una telecamera digitale riprende l’immagine della superficie dell’oggetto comprendente i punti illuminati.

Un metodo per ricostruire la geometria 3D di un oggetto a partire da immagini 2D prevede l’impiego di un modello pin-hole della telecamera come quello illustrato in figura 1.

In sostanza, una volta che l’immagine è stata corretta per le distorsioni indotte dall’obiettivo, un raggio di luce diffuso dalla superficie dell’oggetto passa per il centro lente della telecamera e infine colpisce un sensore di immagine (tipicamente CCD/CMOS) della telecamera. Per comodità in figura il sensore è posto prima del centro lente. Quindi conoscendo:

- il piano/retta geometrico/a di giacenza della lama/fascio laser

- la posizione del centro lente

- l’orientazione della camera (yaw, pitch, roll)

- la lunghezza focale della lente

- il punto principale del sensore

il calcolo della posizione del punto P della superficie dell’oggetto da cui è partito il raggio di luce diffuso che ha colpito il pixel i,j del sensore di immagine si riduce ad un semplice problema geometrico a soluzione univoca e immediata (cioè che non richiede calcolo iterativo).

Le distorsioni dell’immagine possono essere corrette una volta che si conosca la matrice caratteristica, i coefficienti di distorsione e il punto principale della camera; tutti questi parametri possono essere valutati utilizzando uno dei metodi descritti in letteratura una volta che sia stata scelta l’accoppiata telecameraobiettivo adeguata alle necessità della misura.

Attualmente questa tecnica è ben accreditata per la misura di oggetti opachi, mentre è fortemente sconsigliata per oggetti trasparenti a causa di fenomeni di rifrazione e riflessione i quali generano false tracce in corrispondenza della prima superficie, ovvero la superficie affacciata all’emettitore di luce, dell’oggetto da controllare. Ad esempio, nel caso di una lastra in vetro, oltre ad una prima traccia dovuta all’intersezione del laser con la prima superficie del vetro, ovvero la superficie affacciata alla sorgente di luce, apparirà una seconda traccia dovuta alla seconda superficie del vetro, ovvero la superficie rivolta dalla parte opposta rispetto alla sorgente di luce. Inoltre, nel caso di oggetti cavi trasparenti, quali contenitori, si aggiungono riflessioni/diffusioni generate dalla parete del contenitore opposta rispetto a quella che si sta controllando e verso la quale sono diretti i raggi di luce. Ciò rende i tradizionali metodi a triangolazione inefficaci. Infatti, anche nel caso in cui il controllo riguardi non una lastra ma un contenitore, analogamente una parte della luce che intercetta la superficie esterna del contenitore viene trasmessa attraverso il materiale trasparente, fino ad intercettare la seconda superficie (interna al contenitore) ove avviene una ulteriore riflessione.

Oltre ai sistemi sopra descritti, per ricavare misure relative alla forma del profilo della superficie esterna del contenitore, i sistemi più diffusi attualmente in uso sono elencati di seguito.

- Ricostruzione della forma del profilo del contenitore tramite l’uso di sensori elettromeccanici che toccano puntualmente la superficie esterna del contenitore in diverse posizioni. Il contenitore è posto sopra un supporto rotante e le letture dei sensori elettromeccanici, collegati ad un sistema di elaborazione che mette in relazione letture dei sensori e posizione angolare del contenitore, permettono di ricostruire l’errore di forma nelle varie posizioni.

- Uso di sistemi di misura del tipo a coordinate attrezzati con palpatori meccanici oppure teste di misura ottiche (non a contatto). Tali sistemi, ben noti nell’impiego della metrologia sia di tipo industriale che di laboratorio, possono prevedere anche l’uso di micropolveri da applicare alla superficie esterna del contenitore per agevolare l’individuazione dei punti illuminati da parte di teste di misura ottiche.

- Uso di sistemi ottici che rilevano il profilo esterno del contenitore (sistemi a proiezione d’ombra). Tali sistemi normalmente leggono la “sagoma” esterna del contenitore, ovvero la sua “ombra” rispetto ad uno sfondo opportuno. La camera riprende fotografie del bordo esterno del contenitore in corrispondenza di diverse posizioni angolari, ricostruendone, attraverso l’analisi della moltitudine di immagini raccolte, la topologia. Tale sistema tuttavia non è in grado di rilevare gli errori di forma “negativi” ovvero le “depressioni”.

- Uso di dime meccaniche che una volta appoggiate alla superficie esterna del contenitore consentono di ottenere, tramite l’impiego di un comparatore meccanico, indicazioni sull’errore di profilo di contenitori aventi superficie esterna nominale cilindrica.

In linea di principio, l’analisi delle immagini riflesse sulle due superfici di transizione (esterna ed interna), conoscendo la geometria del sistema ovvero la posizione relativa di oggetto, ricevitore (telecamera), sorgente luminosa e la direzione della emissione luminosa nonché le caratteristiche rifrattive del materiale di cui è costituito l’oggetto da controllare, consentirebbe di effettuare, oltre ad una misura 3D del contenitore, anche una misura dello spessore del materiale costituente il contenitore stesso, misurando la distanza tra le due tracce riflesse. Tuttavia, soprattutto in caso di controllo di una superficie interna di un contenitore e quindi di un oggetto di forma cava, fenomeni di riflessione/diffusione e rifrazione multipla hanno reso fino ad oggi difficilmente applicabile la tecnica sopra descritta, in quanto risulta molto difficile con i metodi noti distinguere le reali immagini riflesse/diffuse della sorgente luminosa da quelle parassite generate dai fenomeni di multipla riflessione/rifrazione.

Esistono ulteriori diverse tecniche in grado di effettuare tale misura attraverso sensori che effettuano una misura puntuale dello spessore. Tali sensori, opportunamente collegati a sistemi di posizionamento e movimentazione e/o combinati in array, possono effettuare la misura dello spessore in una molteplicità di punti sia tramite una scansione che tramite l’acquisizione di numerose tracce puntuali. Tali sensori puntuali possono essere ad esempio capacitivi, cromatici confocali, magnetici. L’impiego di questi sensori obbliga tuttavia a scansionare il misurando lungo ripetute traiettorie in posizioni diverse rendendo il tempo necessario per effettuare e completare tali scansioni molto lungo.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è realizzare un metodo e un relativo sistema per il controllo senza contatto di almeno una superficie, piana e/o curva, in materiale trasparente che superi gli inconvenienti delle tecniche note e consenta l’applicazione della triangolazione ottica ad oggetti trasparenti.

Il sistema e il metodo secondo l’invenzione consentono di controllare e misurare anche gli errori di forma (errori di profilo) della superficie di un oggetto in vetro, o altro materiale trasparente. Nel caso specifico di un contenitore, è possibile ad esempio controllare le zone in cui viene apposta l’etichetta al termine del processo di riempimento o viene eseguita una decorazione della superficie.

Secondo una delle forme di realizzazione dell’invenzione è possibile anche controllare lo spessore di una lastra e/o di un corpo cavo in materiale trasparente, ad esempio un contenitore.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L'invenzione viene ora descritta in dettaglio con riferimento a forme di realizzazione illustrate negli annessi disegni, da intendersi comunque come esemplificativi e non limitativi, nei quali:

- figura 1 mostra in modo molto semplificato un modello pin-hole di una telecamera di tipo noto;

- figura 2 mostra una prima forma di realizzazione del sistema di controllo secondo l’invenzione;

- figura 3 mostra due diverse immagini in scala di grigio di un contenitore ottenute per mezzo di un sistema secondo l’invenzione;

- figura 4 mostra uno schema relativo al controllo dello spessore di un contenitore che implementa il metodo secondo l’invenzione;

- figura 5 mostra una prima forma di realizzazione alternativa di un sistema di controllo secondo l’invenzione;

- figura 6 mostra una seconda forma di realizzazione alternativa di un sistema di controllo secondo l’invenzione; e

- figura 7 mostra una terza forma di realizzazione alternativa di un sistema di controllo secondo l’invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Un sistema di controllo 1 e relativo metodo sono di seguito descritti con riferimento ad un contenitore in vetro, più in particolare una bottiglia. Tuttavia essi possono essere applicati al controllo di qualsiasi oggetto in materiale trasparente comprendente almeno una prima e una seconda superficie, siano esse piane o curve, che delimitano uno spessore, ad esempio oggetti laminari come lastre di vetro.

La figura 2 mostra un contenitore 2 in vetro a simmetria di rotazione, in gran parte cilindrico, più in particolare una bottiglia, posizionato sopra un supporto 3 rotante intorno a un asse di rotazione R parallelo alla direzione Z. Il contenitore 2 definisce un asse longitudinale, che viene disposto sostanzialmente in corrispondenza dell’asse di rotazione del supporto e comprende una prima superficie, ovvero la superficie esterna del contenitore, e una seconda superficie opposta alla prima, ovvero la superficie interna del contenitore. Il supporto 3 su cui poggia il contenitore è in grado sia di traslare secondo la direzione Z sia di ruotare attorno all’asse di rotazione R. Il posizionamento del contenitore può essere effettuato sia manualmente che tramite un sistema automatico.

Un emettitore di luce 4, o sorgente luminosa, emette una lama di luce (schematizzata in figura con una serie di righe verticali) diretta verso l’asse di rotazione del supporto, vale a dire sostanzialmente complanare all’asse di rotazione R. La lama di luce emessa definisce un piano di illuminazione che è sostanzialmente perpendicolare rispetto alla prima superficie della bottiglia da controllare. Tale prima superficie è affacciata alla sorgente luminosa 4. Secondo una realizzazione preferita, la sorgente luminosa 4 emette una luce strutturata, preferibilmente una lama di luce laser. Le caratteristiche della luce emessa possono essere scelte in modo opportuno, in particolare il colore può essere blu, ovvero la lunghezza d’onda piccola, per avere un più accentuato effetto di diffusione sulle superfici esaminate.

Un ricevitore 6, o telecamera, comprendente un sensore, preferibilmente del tipo a matrice, che definisce un asse ottico ed è atto a ricevere i raggi diffusi dalla superficie da controllare è posizionato in modo da essere orientato verso l’asse di rotazione del supporto e angolarmente distanziato rispetto alla sorgente luminosa 4. In altre parole, il sensore 6 è disposto affacciato alla superficie da controllare in modo tale che formi un determinato angolo, indicato in figura con il riferimento θ, rispetto al piano di illuminazione. Tale angolo è compreso tra i 45° e gli 85°. L’intervallo indicato è stato determinato empiricamente sulla base di test eseguiti su una pluralità di oggetti trasparenti aventi caratteristiche diverse.

Il sensore 6 acquisisce una pluralità di immagini ordinabili delle tracce dovute alla intercettazione della lama di luce con le superfici interne ed esterne del contenitore 2.

Le immagini raccolte dal sensore sono memorizzate (sia su RAM che su supporto fisico tipo HDD o SSD od equivalente) e successivamente elaborate tramite una unità di elaborazione, connessa al sensore e comprendente ad esempio un microprocessore, di tipo noto e non mostrata in figura.

In seguito all’elaborazione delle immagini rilevate è visualizzata, ad esempio su un display connesso all’unità di elaborazione, una mappa rappresentante graficamente le deviazioni positive, quali sporgenze, o negative, quali avvallamenti, della forma della superficie rispetto alla superficie di riferimento.

In altre parole, dalla combinazione delle informazioni elementari contenute nelle immagini acquisite dal sensore 6 viene calcolato l’andamento del profilo della superficie scansionata. L’analisi completa delle immagini relative all’intera superficie del contenitore 2 consente di ricavare anche dati in grado di ricostruire la forma spaziale dell’oggetto.

E’ possibile inoltre ricavare dati sulla morfologia o la topologia del contenitore attraverso l’impiego di sistemi ancillari o esterni, come sistemi ottici, oppure a partire da disegni o applicando opportune matematiche (disegni, modelli 3D) in forma di file.

Il sistema di controllo può comprendere anche sistemi meccanici controllati elettronicamente per il posizionamento del contenitore e dei diversi componenti del sistema di controllo stesso, quali la sorgente luminosa e la telecamera.

Il sistema fin qui descritto implementa un metodo di controllo secondo l’invenzione che prevede, come descritto sopra, di emettere per mezzo della sorgente luminosa 4 una lama di luce che definisce un piano di illuminazione sostanzialmente perpendicolare alla superfice esterna del contenitore 2 da controllare e disporre il sensore 6 affacciato a tale superficie esterna in modo tale che l’asse ottico del sensore 6 stesso formi un angolo determinato θ, preferibilmente compreso tra i 45° e gli 85°, rispetto al piano di illuminazione. Il metodo prevede inoltre di rilevare, all’interno di una pluralità di raggi che vengono diffusi dalla superficie esterna e interna del contenitore 2 quando investite dalla lama di luce, i raggi diffusi ricevuti in corrispondenza dell’asse ottico del sensore 6 e di generare, a partire dai raggi diffusi che sono rilevati, una pluralità di tracce che corrispondono ai profili delle superfici del contenitore 2, comprese la superficie interna e quella esterna. Con il termine “traccia” si intende un insieme di punti corrispondenti ai punti della superficie investita dalla lama di luce che mostrano l’andamento di tale superficie.

La pluralità di tracce generata costruisce un’immagine del contenitore 2 comprendente i profili delle sue superfici e avente un orientamento noto e correlato alla disposizione spaziale dell’oggetto. Il profilo di almeno una fra la superficie esterna e interna del contenitore è associato ad una delle tracce generate che giace in una predeterminata posizione rispetto alla altre tracce generate.

Nella realizzazione preferita, il profilo della prima superficie, ovvero della superficie esterna del contenitore 2 illuminata dalla lama di luce, corrisponde ad una prima traccia, tra la pluralità di tracce rilevate, che giace in una posizione di estremità rispetto alla altre tracce e il profilo della seconda superficie, ovvero della superficie interna del contenitore, corrisponde ad una seconda traccia adiacente alla prima traccia che è associata al profilo della superficie esterna.

L’intervallo di valori angolari indicato in precedenza e relativo alla disposizione reciproca tra sensore e piano di illuminazione consente di ottenere tracce, soprattutto la prima traccia e la seconda traccia, ben distinte una rispetto all’altra e dunque facilmente individuabili. Consente inoltre di ridurre le interferenze potenzialmente causate dalle riflessioni multiple, che tipicamente si generano in questo tipo di controllo, e che potrebbero interferire con l’applicazione del metodo secondo l’invenzione.

Il metodo viene di seguito descritto con riferimento alle forme di realizzazione illustrate nelle figure.

La figura 3 mostra due immagini della bottiglia colpita dalla lama di luce ottenute da una immagine a 14 bit di profondità di livelli di grigi moltiplicando il valore di grigio di ogni pixel per due diversi valori di intensificazione; le zone di colore più chiaro indicano il raggiungimento del valore massimo (saturazione). Nell’immagine di destra, intensificata 20x, si riesce a distinguere facilmente il profilo della bottiglia dallo sfondo più scuro. A causa della trasparenza del materiale, i raggi di luce si propagano all’interno della bottiglia e, in corrispondenza di ogni interfaccia aria-vetro (ovvero di ogni superficie del contenitore, nel seguito menzionata anche come faccia) incontrata lungo il cammino, non solo è generata una traccia, ma ciascun raggio di luce si divide in uno trasmesso ed uno riflesso, ognuno dei quali continua a propagarsi e a dividersi. Il risultato finale è la comparsa di una moltitudine di tracce.

Il metodo secondo l’invenzione consente di stabilire un criterio per l’individuazione delle tracce utili ai fini del controllo superando le difficoltà dei metodi noti.

A differenza delle tecniche note che sfruttano il fenomeno ottico della riflessione, il metodo secondo l’invenzione sfrutta il fenomeno della diffusione ottica, chiamata anche dispersione ottica o scattering, senza la necessità di applicare alla superficie da controllare mezzi (quali micropolveri) per incrementare la luminosità del punto o della porzione di superficie da controllare. Questo è possibile grazie alla particolare disposizione reciproca di sorgente luminosa e telecamera che consente di sfruttare le irregolarità che sono tipiche del materiale di cui è costituita la superficie da controllare per individuare in modo univoco i raggi diffusi dalla/e superfici(e) da controllare e ricevuti dalla telecamera che sono utili ai fini del controllo.

L’opportuna disposizione della telecamera 6 fa sì che la telecamera 6 riceva in corrispondenza del suo asse ottico soltanto i raggi diffusi utili ai fini del controllo. Un obiettivo con adeguata apertura e un posizionamento ad un’altezza opportuna rispetto all’asse longitudinale del contenitore 2 consentono alla telecamera 6 di ricostruire il profilo dell’intera superficie da controllare, più in particolare, nella forma di realizzazione descritta, dell’intera generatrice del contenitore 2 investita dalla lama di luce. In questo modo è possibile per mezzo di un'unica scansione della superficie da controllare determinare il profilo di tale superficie. Nel caso in cui la superficie da controllare abbia, nella direzione Z, un’estensione maggiore rispetto al campo visivo della telecamera 6, è possibile eseguire un primo controllo, spostare il supporto 3 lungo la direzione Z mostrata in figura 2 ed eseguire una o più ulteriori scansioni affinché l’intera superficie sia controllata.

Applicando il metodo secondo l’invenzione è possibile stabilire un criterio di individuazione della traccia relativa alla prima faccia colpita dalla lama di luce, ovvero alla superficie da controllare affacciata alla sorgente luminosa. Le immagini di figura 3 si riferiscono a una disposizione della sorgente luminosa a destra del contenitore e sono corrispondentemente orientate. In questo esempio la prima traccia, corrispondente alla superficie esterna affacciata alla sorgente luminosa, è la prima secondo un ordine che parte da destra. Segue una seconda traccia, quasi parallela alla prima, corrispondente alla superficie rivolta dalla parte opposta rispetto alla sorgente luminosa (tale superficie corrisponde in questo caso, trattandosi di un contenitore, alla superficie interna della bottiglia). Sono queste le due tracce di interesse, tutte le altre vanno trascurate. Il metodo secondo l’invenzione consente quindi di stabilire che la traccia da associare alla prima faccia dell’oggetto incontrata dalla lama di luce emessa è quella più prossima alla sorgente di luce stessa.

La corretta ed efficace discriminazione delle tracce, e quindi l’efficacia del metodo, è ottenuta, come già detto in precedenza, tramite opportuna disposizione relativa tra sorgente luminosa e telecamera, volta a massimizzare la separazione delle tracce, opportuna scelta delle caratteristiche della sorgente luminosa (intensità, larghezza, colore della lama di luce) ed effetto di scattering della luce incidente generato dalla superficie dell’oggetto da controllare. Una volta individuata la traccia corrispondente alla prima faccia, la ricostruzione della forma della superficie esterna, o più in generale, più prossima alla sorgente luminosa , può essere condotta in modo convenzionale, ossia come se l’oggetto fosse opaco, secondo il metodo della triangolazione ottica di per sé noto e qui non descritto in dettaglio.

Se l’oggetto da controllare ha forma cava e presenta uno spessore molto piccolo rispetto alle dimensioni dell’oggetto stesso, oppure se l’oggetto ha forma laminare, applicando il metodo secondo l’invenzione è possibile stabilire un secondo criterio: fra la pluralità di tracce generate la traccia immediatamente seguente, ovvero adiacente, a quella relativa alla prima faccia dell’oggetto corrisponde alla seconda faccia dell’oggetto da controllare, opposta alla prima.

In questo caso è possibile determinare lo spessore dell’oggetto da controllare. Infatti i punti della superficie rivolta dalla parte opposta rispetto alla sorgente di luce (nel caso di un contenitore tale superficie corrisponde alla sua superficie interna) colpiti dalla lama di luce che ha attraversato la superficie affacciata alla sorgente luminosa (nel caso di un contenitore tale superficie corrisponde alla sua superficie esterna) si comportano come sorgenti luminose puntuali. Per ognuna di esse, tra tutti i raggi diffusi, la telecamera riceve solo quello che una volta attraversata la superficie affacciata alla sorgente luminosa è diretto verso il centro lente della telecamera.

Il principio sopra esposto è mostrato in modo schematico in figura 4, dove è visibile una lastra di vetro, schematizzata con un rettangolo, su cui incide perpendicolarmente un raggio luminoso. Si assuma che l’osservatore (corrispondente alla telecamera) sia infinitamente distante (cioè posto ad una distanza di osservazione molto più grande dello spessore del vetro) e osservi la lastra da un angolo θ rispetto al raggio luminoso. Affinché il raggio proveniente dalla seconda interfaccia, ovvero dal lato sinistro del rettangolo come orientato in figura, una volta in aria, ovvero una volta diffuso dalla prima interfaccia corrispondente al lato destro del rettangolo come orientato in figura, sia parallelo a quello relativo alla prima interfaccia è necessario che l’angolo di emissione θ1 nel vetro soddisfi la seguente legge della rifrazione:

dove n0 e n1 sono gli indici di rifrazione dell’aria e del vetro; l’indice di rifrazione dell’aria n0 può essere considerato 1.

Osservando la figura 4 è facile verificare che la distanza apparente tra le due tracce

è legata allo spessore del vetro secondo la relazione

da cui

Il risultato ottenuto è del tutto indipendente dal parallelismo o meno delle due interfacce, invece è influenzato dalla eventuale curvatura della prima interfaccia occorrente tra il punto di incidenza del raggio e quello di fuoriuscita del raggio prodotto dalla seconda interfaccia; trattandosi di punti tra loro molto vicini rispetto al raggio di curvatura della prima interfaccia, tale effetto è comunque debole.

La trattazione bidimensionale sopra descritta può essere facilmente implementata in 3D una volta determinata la forma della superficie esterna.

In generale le tracce rilevate potrebbero avere delle discontinuità in corrispondenza delle zone in cui il campionamento non è fattibile, ad esempio per difetti del materiale. Le tracce rilevate vengono processate matematicamente consentendo, sotto l’ipotesi di continuità del materiale (assenza di fratture), di stimare, con interpolazione tra i dati acquisiti dal sistema, la forma della superficie dell’oggetto e il suo spessore anche nelle aree con densità di campionamento più bassa.

Sebbene non necessario ai fini dell’applicazione del metodo secondo l’invenzione, per diminuire la possibile influenza di riflessioni/disturbi ottici estranei alle caratteristiche che si vogliono rilevare, è possibile impiegare, come avviene nei sistemi noti, mezzi per aumentare il contrasto, e quindi migliorare il campionamento, del profilo evidenziato dalla sorgente luminosa nella zona di transizione. Il sistema di aumento del contrasto può configurarsi come una piccola iniezione di opportuni gas contenenti resine sintetiche nebulizzate sia singole che combinate o micropolveri. Tale sistema può essere in particolare utile nel caso di misure su oggetti in vetro di estrema trasparenza e di finitura superficiale interna particolarmente curata. Lo scopo del sistema di aumento del contrasto sostanzialmente è di massimizzare la quantità di dati campionati generando ulteriori sorgenti puntuali diffusive.

Il metodo secondo l’invenzione consente di approssimare fedelmente in un'unica scansione il profilo della superficie affacciata alla sorgente luminosa e, secondo la realizzazione alternativa, anche il profilo della superficie rivolta dalla parte opposta rispetto alla sorgente luminosa. In caso di applicazione del metodo di controllo ad un contenitore, i profili di tali superfici corrispondono al profilo esterno e al profilo interno del contenitore. Il processo di controllo e/o misura, che si può estendere all’intera superficie da controllare o ad una parte di essa, interessa una molteplicità di punti e di posizioni misurate in tempo brevissimo rispetto alle tecniche note. Il metodo consente quindi di eseguire una scansione della superficie in modo continuo, e non discretamente, ovvero punto per punto, come avviene nelle tecniche note, essendo la continuità limitata unicamente dalla risoluzione dei sensori impiegati e dalla velocità di acquisizione.

Nel sistema e nel metodo fino a qui descritti è il contenitore ad essere posto in rotazione rispetto al sistema di controllo. E’ possibile tuttavia realizzare il sistema in modo che il contenitore sia fermo e il moto relativo tra oggetto da controllare e sistema di controllo sia realizzato tramite movimentazione del sistema di controllo stesso.

Il moto relativo tra oggetto da controllare e sistema di controllo può essere realizzato in modi diversi rispetto a quanto illustrato in figura 1, alcuni dei quali sono illustrati a titolo di esempio nella descrizione che segue.

I sistemi di posizionamento del contenitore e della sorgente luminosa di seguito descritti consentono di creare un movimento relativo tra contenitore e sorgente luminosa, tale per cui l’incidenza della luce emessa dalla sorgente luminosa sulla superficie del contenitore viene mantenuta sostanzialmente ortogonale.

La figura 5 mostra una realizzazione alternativa in cui la direzione di emissione della sorgente luminosa è indicata con il riferimento X. Il contenitore, con una porzione da controllare di forma parallelepipeda, è posto su un supporto in grado di ruotare ed anche di traslare in due direzioni tra loro ortogonali. Il contenitore definisce un asse longitudinale che è disposto in corrispondenza dell’asse di rotazione del supporto. Basandosi su dati relativi alla forma del contenitore, ricavati da altri sistemi di acquisizione ancillari del sistema (ottici o meccanici) il contenitore è ruotato fino a portare la dimensione da controllare parallela alla direzione Y, normale ad X. Il sistema è in grado di traslare in direzione parallela ad Y il contenitore per consentire il controllo di forma e di spessore della dimensione parallela ad Y.

Reciprocamente, in altre configurazioni, la sorgente luminosa può traslare in direzione parallela ad Y per scansionare la dimensione da ispezionare parallela ad Y.

Nella figura 6, che mostra un’ulteriore realizzazione alternativa, il sistema comprende un dispositivo di posizionamento del contenitore, un sistema multiasse con un’unità di controllo, una sorgente luminosa di luce strutturata (ad esempio, laser) e una telecamera.

Il dispositivo di posizionamento del contenitore può eseguire almeno una rotazione e anche una traslazione parallela a Z.

Sulla base di dati relativi alla morfologia del contenitore ed alla topologia della sua superficie, il dispositivo di posizionamento orienta il contenitore opportunamente rispetto ad una direzione Y. Il sistema multiasse collegato meccanicamente alla sorgente luminosa movimenta quest’ultima tramite una traslazione parallela ad Y mantenendo l’emissione della sorgente luminosa parallela a X.

La telecamera acquisisce le immagini e tramite opportuna elaborazione ricostruisce la forma del profilo della larghezza del contenitore parallela all’asse Y e lo spessore del contenitore relativo al medesimo profilo.

La figura 7 mostra in modo semplificato configurazioni di sistemi ancillari per generare dati morfologici e topologici del contenitore

Tali sistemi ancillari possono consistere in telecamere con opportuni dispositivi di illuminazione per riprendere almeno una immagine superiormente al contenitore oppure lateralmente rispetto ad esso, consentendo di ricavare informazioni sulla morfologia del contenitore e sulla topologia della superficie del contenitore stesso.

I sistemi di posizionamento del contenitore e della sorgente luminosa consentono di creare un movimento relativo tra contenitore e sorgente luminosa, tale per cui l’incidenza della luce emessa dalla sorgente luminosa sulla superficie del contenitore viene mantenuta ad essa ortogonale o prossima alla ortogonale. Durante questo movimento relativo, pilotato da sistemi di controllo, una telecamera acquisisce una pluralità di immagini ordinabili. Dalla combinazione delle informazioni elementari contenute nelle immagini viene calcolato l’andamento del profilo della superficie scansionata ricavate misure dello spessore della parete del contenitore in corrispondenza dell’intera superficie o di una porzione di essa. L’analisi completa delle immagini coprenti l’intera superficie (envelope) del contenitore consente di ricavare anche dati in grado di ricostruire la forma spaziale dell’oggetto.

In caso di applicazione del metodo secondo l’invenzione ad oggetti in materiale trasparente di colore scuro, la potenza di emissione della sorgente luminosa può essere modulata opportunamente in modo da facilitare l’individuazione della traccia corrispondente alla seconda superficie da controllare.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il controllo di un oggetto (2) in materiale trasparente che definisce almeno una prima e una seconda superficie che delimitano uno spessore per mezzo di un sistema di controllo (1) comprendente una sorgente luminosa (4), un sensore (6) che definisce un asse ottico e un’unità di elaborazione connessa a detto sensore, il metodo comprendendo i seguenti passi, non necessariamente in questo ordine: - emettere, mediante la sorgente luminosa (4), una lama di luce che definisce un piano di illuminazione sostanzialmente perpendicolare a detta prima superficie, - disporre detto sensore (6) affacciato a detta prima superficie, in modo tale che l’asse ottico formi un determinato angolo rispetto al piano di illuminazione, - rilevare, tra una pluralità di raggi diffusi da dette almeno una prima e una seconda superficie, i raggi diffusi ricevuti in corrispondenza dell’asse ottico del sensore (6), - generare, in base ai raggi diffusi rilevati, una pluralità di tracce corrispondenti ai profili di dette almeno una prima e una seconda superficie, - associare il profilo di una di dette almeno una prima e una seconda superficie ad una traccia che giace in una predeterminata posizione rispetto alle altre tracce di detta pluralità.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, nel quale il profilo di detta prima superficie dell’oggetto è associato ad una prima traccia che giace in una posizione di estremità rispetto alle altre tracce di detta pluralità.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, nel quale il profilo di detta seconda superficie dell’oggetto è associato ad una seconda traccia adiacente a detta prima traccia.
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, comprendente l’ulteriore passo di calcolare lo spessore dell’oggetto in funzione della distanza tra dette prima e seconda traccia.
5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale l’angolo fra l’asse ottico del sensore (6) e il piano di illuminazione è compreso tra i 45° e gli 85°.
6. Metodo secondo una della rivendicazioni da 1 a 5, nel quale almeno una di dette prima e seconda superficie dell’oggetto (2) è una superficie curva.
7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale l’oggetto da controllare è un contenitore (2), dette prima superficie e seconda superficie corrispondendo rispettivamente alla superficie esterna ed interna del contenitore (2).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, nel quale detta prima superficie è compresa in un’area del contenitore (2) in corrispondenza della quale viene applicata un’etichetta.
9. Sistema di controllo (1) di un oggetto (2) in materiale trasparente che definisce almeno una prima e una seconda superficie che delimitano uno spessore comprendente: - una sorgente luminosa (4), - un sensore (6) che definisce un asse ottico, e - un’unità di elaborazione connessa a detto sensore (6), caratterizzato dal fatto che detto sistema realizza il metodo secondo le rivendicazioni da 1 a 8.
10. Sistema secondo la rivendicazione 9, nel quale la sorgente luminosa (4) emette una luce laser.
11. Sistema secondo la rivendicazione 9 o la rivendicazione 10, nel quale la luce emessa dalla sorgente luminosa (4) è strutturata.
12. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 9 a 11, nel quale la luce emessa dalla sorgente luminosa (4) è modulabile.