Sistema ottico automatico per il rilievo di forme e deformazioni

18 Febbraio 2021
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Tra le numerose tecniche di rilievo senza contatto, il Dipartimento di Meccanica ha acquisito negli anni notevole esperienza nell’implementazione di tecniche basate sull’analisi di immagini digitali per il rilievo di forma e deformazioni, principalmente ma non solo, su componenti in lamiera stampata. Presso il laboratorio del Dipartimento di Meccanica è infatti installata una cella robotizzata in cui dei sensori ottici ad alta risoluzione, montati sul polso di un robot antropomorfo, effettuano la scansione di pezzi stampati e determinano il campo di deformazione misurando le dimensioni di una griglia precedentemente impressa sulla lamiera (Grid Method). In questo modo è possibile conoscere direttamente le deformazioni sul piano tangente alla superficie e, cosa fondamentale, valutare in base all’ipotesi di costanza del volume la riduzione di spessore indotta dal processo di lavorazione plastica. La precisione del sistema è stata valutata nell’ordine di ±0.5% di deformazione, che è un valore indubbiamente accettabile se confrontato con i valori di deformazione solitamente riscontrati nello stampaggio. Queste informazioni sono essenziali per verificare non solo la qualità del componente ma anche, e soprattutto, la qualità del processo produttivo attraverso il confronto tra i dati sperimentali e le curve limite di formabilità del materiale; è così possibile valutare quanto il processo sia vicino alla formazione di difetti (grinze, strizione, piatto) oppure, con verifiche a campione, possono individuarsi eventuali derive nel processo (dovute ad esempio a incorretta lubrificazione, cambio coil, deterioramento stampi..).

Sistema ottico automatico per il rilievo di forme e deformazioni

Nella stessa cella robotizzata sono installate anche delle telecamere fisse che inquadrano il componente in esame mentre un proiettore LCD, montato anch’esso sul polso del robot, proietta delle frange luminose sulla superficie del pezzo. Il robot consente di spostare la sorgente luminosa nelle posizioni più adatte, in modo da illuminare completamente e con angoli di incidenza ottimali oggetti di dimensioni fino a 600×600 mm; per geometrie semplici si può arrivare anche a dimensioni di 1×1 m. L’elaborazione delle immagini acquisite dalle telecamere, secondo la tecnica del Phase Shift, permette di descrivere la forma 3D del componente in esame con una nuvola di punti molto densa (tipicamente si ha un punto per ogni pixel delle telecamere) con risoluzione spaziale di circa 0.5 mm e accuratezza di ±0.1mm; questo tipo di tecnica consente dunque di rilevare la forma assoluta di oggetti (non necessariamente ottenuti per stampaggio) e ben si presta ad applicazioni di reverse engineering. Un metodo molto simile, anch’esso implementato nel sistema robotizzato e basato sul calcolo della “differenza di fase” tra un pezzo di riferimento ed il pezzo in esame, consente di individuare in quest’ultimo deviazioni di forma sia estese (ammaccature, ritorno elastico) sia molto piccole e localizzate fino all’ordine di 2-3 centesimi di mm (bolli). Una caratteristica molto peculiare di questo sistema è che, utilizzando una sorgente di luce programmabile (LCD), esso consente di proiettare sulla superficie stessa la mappa di scostamento rispetto alla forma ideale, dando la possibilità all’operatore di individuare immediatamente la zona di criticità direttamente sul pezzo.