ITMI20130086A1 - MEASUREMENT SYSTEM OF LINEAR DIMENSIONS OF A TILE ON THE MOVE ALONG A DEFAULT FEED DIRECTION AND ITS MEASUREMENT METHOD - Google Patents
MEASUREMENT SYSTEM OF LINEAR DIMENSIONS OF A TILE ON THE MOVE ALONG A DEFAULT FEED DIRECTION AND ITS MEASUREMENT METHODInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“SISTEMA DI MISURAZIONE DELLE DIMENSIONI LINEARI DI UNA “SYSTEM FOR MEASURING THE LINEAR DIMENSIONS OF ONE
PIASTRELLA IN MOVIMENTO LUNGO UNA DIREZIONE DI TILE MOVING ALONG ONE DIRECTION OF
AVANZAMENTO PREDEFINITA E RELATIVO METODO DI DEFAULT ADVANCE AND RELATED METHOD OF
MISURAZIONE” MEASUREMENT"
La presente invenzione ha per oggetto un sistema ed un metodo di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita. The present invention relates to a system and a method for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advance.
L’invenzione trova applicazione nel settore della produzione di piastrelle ceramiche, in particolare nel controllo finale di qualità. In questa fase del processo produttivo, le piastrelle fluiscono una dopo l’altra su nastri trasportatori fino ad arrivare ad una macchina impilatrice, cioè un apparato atto a raggrupparle in pile omogenee per classe. Ogni pila contiene un certo numero di piastrelle dipendente dal formato. Le pile vengono poi inscatolate per essere commercializzate. The invention finds application in the ceramic tile production sector, in particular in the final quality control. In this phase of the production process, the tiles flow one after the other on conveyor belts until they reach a stacking machine, that is, an apparatus capable of grouping them into homogeneous stacks by class. Each stack contains a certain number of tiles depending on the format. The stacks are then boxed to be marketed.
All’interno di ogni scatola le piastrelle sono separate per classi omogenee sia per tonalità cromatica (tono), sia per qualità (scelta), sia per dimensione (calibro). Ad esempio, se due scatole indicano rispettivamente [1<Λ>scelta, tono 50, calibro 8] e [1<Λ>scelta, tono 50, calibro 10], significa che le piastrelle contenute nella seconda scatola sono più grandi delle piastrelle contenute nella prima scatola. Si fa presente che il “calibro” non individua universalmente le dimensioni di una piastrella, ma ciascun produttore definisce le proprie tabelle di associazione “calibro-intervallo dimensionale” delle piastrelle. Inside each box, the tiles are separated by homogeneous classes both in terms of color tone (tone), quality (choice) and size (caliber). For example, if two boxes indicate respectively [1 <Λ> choice, tone 50, gauge 8] and [1 <Λ> choice, tone 50, gauge 10], it means that the tiles contained in the second box are larger than the tiles contained. in the first box. It should be noted that the "caliber" does not universally identify the dimensions of a tile, but each manufacturer defines its own association tables "caliber-dimensional range" of the tiles.
Il controllo finale di qualità ha i seguenti obiettivi: The final quality control has the following objectives:
rilevare tutte le informazioni necessarie a produrre la classificazione finale per ogni piastrella presente sulla linea di produzione a monte deirimpilatrice; detect all the information necessary to produce the final classification for each tile present on the production line upstream of the stacker;
fornire tali informazioni airimpilatrice in modo tale da raggruppare le piastrelle nelle classi omogenee richieste. provide this information to the stacker in such a way as to group the tiles into the homogeneous classes required.
Tra le varie informazioni da rilevare, si concentra qui l’attenzione sulla misurazione delle dimensioni delle piastrelle in modo tale da poterle raggruppare in classi omogenee per “calibro" ed eventualmente per “declassare” le piastrelle aventi dimensioni e/o forma non rientranti in predefinite tolleranze (ad esempio 2<Λ>scelta, 3<Λ>scelta o scarto). Among the various information to be detected, attention is focused here on measuring the size of the tiles in such a way as to be able to group them into homogeneous classes by "size" and possibly to "downgrade" the tiles having dimensions and / or shapes that do not fall within the predefined values. tolerances (for example 2 <Λ> choice, 3 <Λ> choice or waste).
La misurazione delle dimensioni di una piastrella prevede: Measuring the size of a tile involves:
- “misurazione lineari", ad esempio la misurazione del perimetro della piastrella; - “linear measurement”, for example the measurement of the perimeter of the tile;
“misurazione planari”, cioè riguardanti la planarità della faccia superiore della piastrella. “Planar measurement”, ie concerning the flatness of the upper face of the tile.
L’arte nota prevede l’impiego di strumenti di misurazione elettronici sulla linea di produzione a monte del impilatrice per eseguire le misure lineari e planari di ogni singola piastrella che fluisce sulla linea. Tali strumenti di misurazione sono noti nel settore con il nome calibro (per le misure lineari) e planar (per le misure planari). The prior art involves the use of electronic measuring instruments on the production line upstream of the stacker to perform linear and planar measurements of each individual tile that flows on the line. Such measuring instruments are known in the industry with the name caliber (for linear measurements) and planar (for planar measurements).
In particolare, alcuni “calibri” presenti sul mercato sono basati sul rilevamento da parte di un sensore della luce proveniente da una sorgente luminosa, la quale viene interrotta dal passaggio della piastrella. In particular, some “gauges” on the market are based on the detection by a sensor of the light coming from a light source, which is interrupted by the passage of the tile.
Altre soluzioni note comprendono sensori di misurazione di distanza e sfruttano tecniche di triangolazione ottica basate sulla riflessione di un raggio laser da parte di uno spigolo della piastrella oggetto di misura. Other known solutions include distance measurement sensors and exploit optical triangulation techniques based on the reflection of a laser beam from an edge of the tile being measured.
Uno dei principali svantaggi di tali soluzioni è legato al ridotto campo di misurazione dei sensori. Infatti, al fine di conseguire precisioni di un decimo di mm, i sensori devono ridurre il campo di misurazione a pochi cm. Tale campo di misurazione è compatibile con le variazioni di dimensioni attese all’interno dello stesso lotto di produzione di piastrelle, ma non è sufficiente per gestire diversi lotti di produzione con dimensioni nominali differenti (cioè diversi “formati”). Ad esempio, sulla stessa linea di produzione possono essere gestiti, in momenti diversi, formati variabili da 20 cm x 20 cm a 90 cm x 120 cm. One of the main disadvantages of these solutions is related to the reduced measuring range of the sensors. In fact, in order to achieve accuracies of a tenth of a mm, the sensors must reduce the measuring range to a few cm. This measurement range is compatible with the expected size variations within the same tile production batch, but it is not sufficient to manage different production batches with different nominal dimensions (ie different "formats"). For example, sizes ranging from 20 cm x 20 cm to 90 cm x 120 cm can be managed on the same production line at different times.
Come è noto, la gestione di formati differenti richiede un’operazione di “cambio formato” che comporta il riposizionamento dei sensori di misurazione nell’intorno delle dimensioni nominali del formato in produzione. A seguito di tale riposizionamento, è altresì necessaria una operazione di “taratura” del sistema per tenere conto degli errori di posizionamento intrinseci e recuperare la precisione richiesta dal sistema. L’operazione di taratura consiste nell’acquisizione delle dimensioni di una piastrella avente dimensioni note (detta di “piastrella di riferimento” o “piastra campione”). Solitamente le piastre campione sono ottenute da piastre in alluminio o lega di alluminio (ergal) lavorate con particolari macchine utensili in grado di garantire una elevata precisione. As is known, the management of different formats requires a "format change" operation which involves the repositioning of the measurement sensors around the nominal dimensions of the format in production. Following this repositioning, a system “calibration” operation is also necessary to take into account the intrinsic positioning errors and recover the precision required by the system. The calibration operation consists in acquiring the dimensions of a tile with known dimensions (called "reference tile" or "sample plate"). Usually the sample plates are obtained from aluminum or aluminum alloy plates (ergal) machined with special machine tools capable of guaranteeing high precision.
Per formati piccoli (ad esempio fino a 45 cm x 45 cm) l’operazione di taratura non comporta particolari difficoltà: le piastre campione sono facili da realizzare, leggere (pesano qualche kg) e maneggevoli. Tuttavia, l’operazione di taratura si complica al crescere dei formati (ad esempio 90 cm x 120 cm e oltre). Infatti, le piastre campione sono molto pesanti - ad esempio una piastra di 90 cm x 120 cm x 1 cm in alluminio pieno peserebbe circa 30 kg - e, di conseguenza, poco maneggevoli. Inoltre, ottenere il livello di precisione richiesto (tolleranze di alcuni centesimi di mm) per piastre così grandi è difficile e costoso. Inoltre, piastre di tali dimensioni sono poco stabili nel tempo: fenomeni di dilatazione dovuti ad escursioni termiche, oppure urti o altre deformazioni le rendono meno precise col passare del tempo. For small formats (for example up to 45 cm x 45 cm) the calibration operation does not involve particular difficulties: the sample plates are easy to make, light (they weigh a few kg) and easy to handle. However, the calibration operation becomes complicated as the formats grow (for example 90 cm x 120 cm and beyond). In fact, the sample plates are very heavy - for example a plate of 90 cm x 120 cm x 1 cm made of solid aluminum would weigh about 30 kg - and therefore unwieldy. Furthermore, obtaining the required level of accuracy (tolerances of a few hundredths of a mm) for such large plates is difficult and expensive. Furthermore, plates of this size are not very stable over time: expansion phenomena due to thermal excursions, or collisions or other deformations make them less precise over time.
II ridotto campo di misura dei sensori incide inoltre sulla precisione richiesta dal sistema al posizionamento e allineamento delle piastrelle da misurare. Tali sistemi sono generalmente poco tolleranti alla rotazione o al cattivo centraggio delle piastrelle sulla linea di produzione. Infatti un posizionamento poco preciso della piastrella può causare la fuoriuscita di uno o più spigoli della piastrella dal campo di misurazione dei sensori, causando un fallimento della misurazione. Anche uno spostamento dal punto ideale di lavoro che è stato definito con l’operazione di taratura può causare errori di misurazione non trascurabili dovuti alla non perfetta linearità dei sensori di misurazione. The reduced measuring range of the sensors also affects the precision required by the system for positioning and aligning the tiles to be measured. These systems are generally not very tolerant of rotation or bad centering of the tiles on the production line. In fact, an inaccurate positioning of the tile can cause one or more edges of the tile to come out of the measuring range of the sensors, causing a measurement failure. Even a shift from the ideal working point that was defined with the calibration operation can cause non-negligible measurement errors due to the non-perfect linearity of the measurement sensors.
Altre soluzioni note utilizzano un retroilluminatore per illuminare la piastrella ed una o più telecamere fisse che inquadrano l’intera piastrella da misurare ed acquisiscono una singola immagine durante il suo passaggio. Il retroilluminatore è necessario per poter distinguere gli spigoli della piastrella e definire i punti di misurazione. Other known solutions use a backlight to illuminate the tile and one or more fixed cameras that frame the entire tile to be measured and acquire a single image during its passage. The backlight is necessary to be able to distinguish the edges of the tile and define the measurement points.
II principale svantaggio di tali soluzioni è legato al posizionamento del retroilluminatore al di sotto della piastrella. L’impiego di un retroilluminatore pone infatti i seguenti vincoli: The main disadvantage of these solutions is linked to the positioning of the backlight under the tile. In fact, the use of a backlight poses the following constraints:
- la sua dimensione cresce al crescere del formato della piastrella; - its size increases as the size of the tile increases;
- esso va inserito al di sotto delle cinghie di trasporto della linea di produzione; - it must be inserted under the transport belts of the production line;
- esso deve essere interamente contenuto all’interno della carrozzeria del sistema di misurazione. - it must be entirely contained within the bodywork of the measurement system.
Risulta immediato che, per piastrelle di grande formato sono richiesti retroilluminatori di grandi dimensioni, i quali sono costosi, difficili da realizzare e presentano caratteristiche di illuminazione poco omogenee, rendendo meno preciso il sistema. It is immediate that large-sized backlights are required for large-format tiles, which are expensive, difficult to make and have not very homogeneous lighting characteristics, making the system less accurate.
Inoltre, un retroilluminatore grande comporta la necessità di avere una campata molto lunga delle cinghie di trasporto senza supporti. Ciò implica che nella zona interessata dal retroilluminatore le cinghie siano soggette ad una flessione non trascurabile a causa del peso delle piastrelle (peso che tra l’altro cresce proprio al crescere delle dimensioni delle piastrelle stesse). Infine, la carrozzeria del sistema di misurazione diventa molto ingombrante dovendo contenere un retroilluminatore di grandi dimensioni. In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un sistema ed un metodo di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita, che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati. In addition, a large backlight means that there is a need for a very long span of the carrying straps without supports. This implies that in the area affected by the backlight the belts are subject to a non-negligible bending due to the weight of the tiles (weight which, among other things, grows precisely as the size of the tiles increases). Finally, the body of the metering system becomes very bulky as it has to contain a large backlight. In this context, the technical task underlying the present invention is to propose a system and a method for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advance, which overcomes the aforementioned drawbacks of the known art.
In particolare, scopo della presente invenzione è proporre un sistema di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita che sia strutturalmente più semplice, più compatto e più economico rispetto alle soluzioni di arte nota. Altro scopo della presente invenzione è proporre un sistema ed un metodo di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita, che siano più precisi e semplici da realizzare. In particular, the object of the present invention is to propose a system for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advance which is structurally simpler, more compact and cheaper than the prior art solutions. Another object of the present invention is to propose a system and a method for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advance, which are more precise and simpler to produce.
II compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un sistema ed un metodo di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni. The specified technical task and the specified purposes are substantially achieved by a system and a method for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advancement, comprising the technical characteristics set out in one or more of the appended claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un sistema ed un metodo di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita, come illustrato negli uniti disegni in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the indicative, and therefore non-limiting, description of a preferred but not exclusive embodiment of a system and method for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advance. , as illustrated in the accompanying drawings in which:
- in fig. 1 è mostrata una vista schematica del sistema dell’invenzione; - in fig. 1 shows a schematic view of the system of the invention;
- in fig. 2 è mostrata una vista schematica di dettaglio dell’unità di controllo compresa nel sistema di fig. 1. - in fig. 2 shows a schematic detail view of the control unit included in the system of fig. 1.
Con riferimento alle figure, con il numero 1 è stato indicato un sistema di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella 2 in movimento lungo una direzione di avanzamento 3 predefinita. In particolare, la piastrella 2 è realizzata in materiale ceramico. With reference to the figures, the number 1 indicates a system for measuring the linear dimensions of a tile 2 moving along a predefined direction of advancement 3. In particular, the tile 2 is made of ceramic material.
Il sistema di misurazione 1 comprende una unità di trasduzione 4 configurata per rilevare l’avanzamento della piastrella 2 lungo la direzione di avanzamento 3 predefinita e fornire in uscita un segnale elettrico S1 rappresentativo dell’avanzamento. The measurement system 1 includes a transduction unit 4 configured to detect the advancement of the tile 2 along the predefined direction of advancement 3 and output an electrical signal S1 representative of the advancement.
II sistema di misurazione 1 comprende una sorgente luminosa 5 disposta in modo tale da illuminare una zona di misura 6 impegnata dalla piastrella 2 durante il suo avanzamento. The measuring system 1 comprises a light source 5 arranged in such a way as to illuminate a measuring zone 6 engaged by the tile 2 during its advancement.
Il sistema di misurazione 1 comprende almeno un dispositivo di acquisizione 7 di immagini ed una unità di controllo 8 dello stesso. Il dispositivo di acquisizione 7 di immagini è posizionato da parte opposta alla sorgente luminosa 5 rispetto alla zona di misura 6 in modo tale da inquadrare la zona di misura 6. The measurement system 1 comprises at least an image acquisition device 7 and a control unit 8 thereof. The image acquisition device 7 is positioned on the opposite side to the light source 5 with respect to the measurement zone 6 in such a way as to frame the measurement zone 6.
L’unità di controllo 8 riceve dall’unità di trasduzione 4 il segnale elettrico S1 rappresentativo dell’avanzamento della piastrella 2 e, in risposta a questo, fornisce al dispositivo di acquisizione 7 un segnale di inizio acquisizione S2 per cui il dispositivo di acquisizione 7 inizia ad acquisire immagini della zona di misura 6. The control unit 8 receives from the transduction unit 4 the electrical signal S1 representative of the advancement of the tile 2 and, in response to this, supplies the acquisition device 7 with an acquisition start signal S2 so that the acquisition device 7 start acquiring images of the measurement area 6.
Nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata, il dispositivo di acquisizione 7 di immagini è posizionato al di sopra di un piano immaginario 9 di movimentazione della piastrella 2 durante il suo avanzamento lungo la direzione di avanzamento 3 predefinita. La sorgente luminosa 5 si trova invece al di sotto di tale piano immaginario 9 di movimentazione della piastrella 2. In the embodiment described and illustrated here, the image acquisition device 7 is positioned above an imaginary plane 9 for moving the tile 2 during its advancement along the predetermined direction of advancement 3. The light source 5 is instead located below this imaginary plane 9 for moving the tile 2.
La piastrella 2 ha un formato individuato da tre dimensioni definite rispetto al piano immaginario 9: Tile 2 has a format identified by three dimensions defined with respect to the imaginary plane 9:
- la lunghezza a, cioè l’estensione lineare della piastrella 2 secondo la direzione di avanzamento 3 predefinita; - the length a, i.e. the linear extension of the tile 2 according to the predefined direction of advancement 3;
- la larghezza b, cioè l’estensione lineare della piastrella 2 sul piano immaginario 9 secondo una direzione trasversale alla direzione di avanzamento 3 predefinita; - the width b, i.e. the linear extension of the tile 2 on the imaginary plane 9 according to a direction transverse to the predefined direction of advancement 3;
- lo spessore c, cioè l’estensione lineare della piastrella 2 secondo una direzione ortogonale al piano immaginario 9. - the thickness c, i.e. the linear extension of the tile 2 according to an orthogonal direction to the imaginary plane 9.
La zona di misura 6 è una porzione predefinita del piano immaginario 9 di movimentazione della piastrella 2. The measuring zone 6 is a predefined portion of the imaginary plane 9 for moving the tile 2.
In una soluzione alternativa (non illustrata), il posizionamento spaziale del dispositivo di acquisizione 7 di immagini e della sorgente luminosa 5 è invertito, cioè il dispositivo di acquisizione 7 di immagini si trova al di sotto del piano immaginario 9 mentre la sorgente luminosa 5 si trova al di sopra di tale piano immaginario 9. In an alternative solution (not shown), the spatial positioning of the image acquisition device 7 and of the light source 5 is inverted, i.e. the image acquisition device 7 is located below the imaginary plane 9 while the light source 5 is located above this imaginary plane 9.
In ogni caso, il dispositivo di acquisizione 7 occupa una posizione fissa rispetto alla piastrella 2 in movimento. In any case, the acquisition device 7 occupies a fixed position with respect to the tile 2 in motion.
Preferibilmente, il dispositivo di acquisizione 7 di immagini è una telecamera. Preferably, the image acquisition device 7 is a camera.
Il sistema di misura 1 comprende mezzi di movimentazione 10a, 10b, 11 motorizzati della piastrella 2 sul piano immaginario 9 lungo la direzione di avanzamento 3 predefinita. L’unità di trasduzione 4 è connessa ai mezzi di movimentazione 10a, 10b, 11 motorizzati. The measuring system 1 comprises motorized means 10a, 10b, 11 for moving the tile 2 onto the imaginary plane 9 along the predefined direction of advancement 3. The transduction unit 4 is connected to the motorized handling means 10a, 10b, 11.
I mezzi di movimentazione 10a, 10b, 11 motorizzati comprendono due cinghie 10a, 10b scorrevoli parallele ed almeno un motore 11 operativamente attivo sulle cinghie 10a, 10b per determinarne lo scorrimento. The motorized movement means 10a, 10b, 11 comprise two parallel sliding belts 10a, 10b and at least one motor 11 operatively active on the belts 10a, 10b to determine their sliding.
Le cinghie 10a, 10b sono conformate in modo tale supportare la piastrella 2 e farla avanzare lungo la direzione di avanzamento 3. Tali cinghie 10a, 10b definiscono il piano immaginario 9 di movimentazione della piastrella 2. In pratica, la zona di misura 6 è una porzione predefinita bidimensionale definita da una lunghezza Lm fissa e da una larghezza pari alla distanza D tra le cinghie 10a, 10b. The belts 10a, 10b are shaped in such a way as to support the tile 2 and make it advance along the direction of advance 3. These belts 10a, 10b define the imaginary plane 9 for moving the tile 2. In practice, the measuring zone 6 is a predefined two-dimensional portion defined by a fixed length Lm and a width equal to the distance D between the belts 10a, 10b.
Preferibilmente, i mezzi di movimentazione 10a, 10b, 11 comprendono due motori distinti 11a, 11 b, ciascuno operativamente attivo su una di dette cinghie 10a, 10b per determinarne il relativo scorrimento. Preferably, the movement means 10a, 10b, 11 comprise two distinct motors 11a, 11 b, each operatively active on one of said belts 10a, 10b to determine their relative sliding.
Per semplicità, nella soluzione descritta di seguito è presente un solo motore 11. For simplicity, in the solution described below there is only one motor 11.
L’unità di trasduzione 4 comprende un encoder 12 configurato per dare in uscita il segnale elettrico S1 rappresentativo dell’avanzamento della piastrella 2. Tale encoder 12 è connesso al motore 11 per rilevarne la rotazione dell’albero e fornire in uscita il segnale elettrico S1 rappresentativo dell’avanzamento della piastrella 2 avente un andamento del tipo ad onda quadra in cui ogni fronte (di salita e di discesa) corrisponde ad un avanzamento lineare L1 prestabilito delle cinghie 10a, 10b. The transduction unit 4 comprises an encoder 12 configured to output the electrical signal S1 representative of the advancement of the tile 2. This encoder 12 is connected to the motor 11 to detect its shaft rotation and output the electrical signal S1 representative of the advancement of the tile 2 having a trend of the square wave type in which each front (rising and falling) corresponds to a predetermined linear advancement L1 of the belts 10a, 10b.
L’unità di controllo 8 comprende un modulo di divisione di frequenza 13 configurato per ricevere in ingresso il segnale elettrico S1 rappresentativo dell’avanzamento e fornire in uscita il segnale di inizio acquisizione S2. In modulo di divisione di frequenza 13 ha un rapporto di divisione RD prestabilito in modo tale da ottenere un passo di acquisizione PA prestabilito del dispositivo di acquisizione 7. The control unit 8 includes a frequency division module 13 configured to receive the electrical signal S1 representing the progress at the input and output the acquisition start signal S2. The frequency division module 13 has a predetermined division ratio RD so as to obtain a predetermined acquisition step PA of the acquisition device 7.
Preferibilmente, il modulo di divisione di frequenza 13 consiste in un prescaler. Ad esempio, l’encoder 12 è un encoder a 2 fasi con 200 impulsi/giro (cioè 4 fronti per ogni impulso), montato sull’albero del motore 11 con un motoriduttore 1:20 e pulegge di diametro 16 cm (componenti non illustrati). In tal caso, un impulso dell’encoder 12 corrisponde ad un avanzamento lineare L1 prestabilito delle cinghie 10a, 10b (e quindi della piastrella 2) pari a circa 31.25 um. Preferably, the frequency division module 13 consists of a prescaler. For example, encoder 12 is a 2-phase encoder with 200 pulses / rev (i.e. 4 edges for each pulse), mounted on the shaft of motor 11 with a 1:20 geared motor and 16 cm diameter pulleys (components not shown ). In this case, a pulse of the encoder 12 corresponds to a predetermined linear advancement L1 of the belts 10a, 10b (and therefore of the tile 2) equal to about 31.25 µm.
Per un numero prefissato di cambiamenti di fronte del segnale elettrico S1 rappresentativo deH’avanzamento, numero corrispondente al rapporto di divisione RD, il prescaler 13 produce un cambiamento di fronte nel segnale di inizio acquisizione S2. Il rapporto di divisione RD è un numero intero programmabile all’interno del prescaler 13. La programmazione avviene mediante una routine software di tipo noto. For a predetermined number of changes in the front of the electrical signal S1 representative of the progress, a number corresponding to the division ratio RD, the prescaler 13 produces a change in the front of the acquisition start signal S2. The RD division ratio is an integer number that can be programmed within the prescaler 13. The programming takes place using a known type of software routine.
Nell’esempio precedente, programmando un rapporto di divisione RD pari a 160, in uscita dal prescaler 13 si ottiene il segnale di inizio acquisizione S2 avente una frequenza tale per cui il passo di acquisizione PA della telecamera 7 è di 31 .25 um x 160 = 5 mm. In the previous example, by programming a division ratio RD equal to 160, the acquisition start signal S2 is obtained at the output from the prescaler 13 having a frequency such that the acquisition step PA of the camera 7 is 31.25 um x 160 = 5 mm.
Variando il rapporto di divisione RD del prescaler 13 si ottiene una corrispondente variazione del passo di acquisizione PA. By varying the division ratio RD of the prescaler 13, a corresponding variation of the acquisition step PA is obtained.
La sorgente luminosa 5 è un retroilluminatore, cioè un dispositivo scatolare contenente una pluralità di elementi luminosi ed avente una faccia semitrasparente 5a in modo tale da consentire l’emissione della luce proveniente da tali elementi luminosi. Preferibilmente, gli elementi luminosi sono LED, oppure lampade oppure tubi fluorescenti. The light source 5 is a backlight, ie a box-like device containing a plurality of light elements and having a semitransparent face 5a in such a way as to allow the emission of light from these light elements. Preferably, the luminous elements are LEDs, or fluorescent lamps or tubes.
Preferibilmente, il retroilluminatore 5 ha sostanzialmente la forma di un parallelepipedo avente lunghezza (calcolata lungo la direzione di avanzamento 3) indipendente dal formato della piastrella 2, una larghezza (calcolata sul piano immaginario 9 secondo una direzione trasversale alla direzione di avanzamento 3) scelta in funzione del formato della piastrella 2 ed uno spessore o altezza (estensione ortogonale al piano immaginario 9) indipendente dal formato della piastrella 2. Preferably, the backlight 5 substantially has the shape of a parallelepiped having a length (calculated along the direction of advancement 3) independent of the format of the tile 2, a width (calculated on the imaginary plane 9 according to a direction transversal to the direction of advancement 3) selected in a function of the size of the tile 2 and a thickness or height (extension orthogonal to the imaginary plane 9) independent of the size of the tile 2.
Ad esempio, la lunghezza del retroilluminatore 5 è di 15 cm, lo spessore è di 4 cm e la larghezza, dovendo essere superiore alla larghezza massima bmax della piastrella 2 (pari a 90 cm), è pari ad 1 m. For example, the length of the backlight 5 is 15 cm, the thickness is 4 cm and the width, having to be greater than the maximum width bmax of the tile 2 (equal to 90 cm), is equal to 1 m.
Nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata, la faccia semitrasparente 5a del retroilluminatore 5 è rivolta verso il piano immaginario 9 e parallela ad esso in modo tale da illuminare la zona di misura 6. In the embodiment described and illustrated here, the semitransparent face 5a of the backlight 5 faces the imaginary plane 9 and parallel to it in such a way as to illuminate the measurement area 6.
Ad esempio, la telecamera 7 è posizionata al di sopra del piano immaginario 9, ad una distanza di circa 1 m dal retroilluminatore 5. For example, the camera 7 is positioned above the imaginary plane 9, at a distance of about 1 m from the backlight 5.
II sistema di misurazione 1 comprende una unità di elaborazione 19 delle immagini provenienti dal dispositivo di acquisizione 7. L’unità di elaborazione 19 è configurata per fornire in uscita le dimensioni lineari della piastrella 2 in risposta ad un flusso di immagini della zona di misura 6 provenienti dal dispositivo di acquisizione 7. The measurement system 1 comprises a processing unit 19 for the images coming from the acquisition device 7. The processing unit 19 is configured to output the linear dimensions of the tile 2 in response to a stream of images of the measurement area 6 coming from the acquisition device 7.
Ad esempio, l’unità di elaborazione 19 fornisce in uscita il perimetro della piastrella 2 oppure direttamente le misure della lunghezza a e della larghezza b della piastrella 2, sfruttando il contrasto tra lo sfondo chiaro dell’immagine dato dalla luce proveniente dalla sorgente luminosa 5 e la sagoma scura della piastrella 2 che si interpone tra la sorgente luminosa 5 ed il dispositivo di acquisizione 7. For example, the processing unit 19 outputs the perimeter of the tile 2 or directly the measurements of the length a and the width b of the tile 2, exploiting the contrast between the light background of the image given by the light coming from the light source 5 and the dark shape of the tile 2 which is interposed between the light source 5 and the acquisition device 7.
Siccome l’acquisizione delle immagini è sincronizzata con l’avanzamento delle cinghie 10a, 10b, in uscita dalla telecamera 7 si ha un flusso di immagini così identificabili: Since the acquisition of images is synchronized with the advancement of the belts 10a, 10b, outgoing from the camera 7 there is a flow of images that can be identified as follows:
- alcune immagini sono completamente chiare in quanto la piastrella 2 non è ancora in impegno della zona di misura 6; - some images are completely clear since the tile 2 is not yet in engagement with the measurement zone 6;
- alcune immagini mostrano l’avanzamento graduale di una porzione di testa della piastrella 2; - some images show the gradual advancement of a portion of the head of the tile 2;
- alcune immagini mostrano la lunghezza Lm della zona di misura 6 occupata interamente dalla piastrella 2 della quale sono percepibili parzialmente gli spigoli laterali; - some images show the length Lm of the measuring zone 6 occupied entirely by the tile 2 of which the lateral edges are partially perceptible;
- alcune immagini mostrano una porzione di coda della piastrella 2 fino alla sua completa scomparsa dalla zona di misura 6. - some images show a portion of the tail of the tile 2 until its complete disappearance from the measurement area 6.
Partendo da una immagine come quella di figura 2, l’unità di elaborazione 19 determina il contorno della piastrella 2 impiegando algoritmi di tipo noto nel settore dell’elaborazione delle immagini e della visione artificiale, quali algoritmi di “edge detection’’ e di interpolazione sub-pixel. Starting from an image such as that of Figure 2, the processing unit 19 determines the outline of the tile 2 using algorithms of a known type in the field of image processing and artificial vision, such as "edge detection" and interpolation algorithms. sub-pixel.
Come è noto, lo spazio dell’immagine è costituito da una matrice rettangolare di pixel (px) il cui numero corrisponde alla risoluzione della telecamera 7. La risoluzione della telecamera 7 è uno dei parametri che determina la precisione del sistema di misurazione 1. Ad esempio, in alcune applicazioni si è scelta una telecamera 7 avente una risoluzione di 2048 px orizzontali x 250 px verticali, ma sono comunque contemplate altre risoluzioni. As is known, the space of the image consists of a rectangular matrix of pixels (px) whose number corresponds to the resolution of the camera 7. The resolution of the camera 7 is one of the parameters that determines the precision of the measurement system 1. Ad for example, in some applications a camera 7 has been chosen with a resolution of 2048 px horizontal x 250 px vertical, but other resolutions are however contemplated.
Ogni pixel rappresenta una piccola area dell’immagine con un valore (livello di grigio) intero che può variare tra 0 (pixel nero) ad un massimo (pixel bianco) che dipende dal numero di bit di quantizzazone della telecamera 7 (nel settore noto come “profondità in bit” o “bit depth” in inglese). Ad esempio una telecamera 7 con 8 bit di profondità fornisce un livello di bianco pari a 255. In funzione della precisione richiesta dall’applicazione, si possono impiegare ad esempio telecamere 7 con 8, 10, 12 o 16 bit di profondità. Each pixel represents a small area of the image with an integer value (gray level) that can vary from 0 (black pixel) to a maximum (white pixel) which depends on the number of quantization bits of the camera 7 (in the sector known as "Bit depth" or "bit depth" in English). For example, a camera 7 with 8 bit depth provides a white level of 255. Depending on the precision required by the application, for example 7 cameras with 8, 10, 12 or 16 bit depth can be used.
Gli algoritmi di edge-detection e di sub-pixeling (noti in letteratura e sopra menzionati) analizzano i pixel dell’immagine in corrispondenza di forti gradienti del livello di grigio e combinano la posizione del gradiente (con la risoluzione del pixel) con i livelli di grigio contenuti nei pixel adiacenti al gradiente per ottenere una funzione interpolante e fornire la posizione del gradiente con precisione spaziale migliore della risoluzione nativa del sensore della telecamera (sub-pixeling). The edge-detection and sub-pixeling algorithms (known in the literature and mentioned above) analyze the pixels of the image in correspondence with strong gradients of the gray level and combine the position of the gradient (with the resolution of the pixel) with the of gray contained in the pixels adjacent to the gradient to obtain an interpolating function and provide the position of the gradient with spatial precision better than the native resolution of the camera sensor (sub-pixeling).
La risoluzione del sensore della telecamera 7, la geometria dell’ottica della telecamera 7 e la distanza tra telecamera 7 e piastrella 2 nella zona di misura 6 determinano la risoluzione effettiva dell’immagine rispetto alla piastrella 2. Tale risoluzione si può misurare in pixel per metro (px/m) e indica a quanti pixel dell’immagine corrisponde un metro lineare dell’oggetto fotografato. The resolution of the sensor of the camera 7, the geometry of the optics of the camera 7 and the distance between the camera 7 and the tile 2 in the measurement area 6 determine the effective resolution of the image with respect to the tile 2. This resolution can be measured in pixels for meter (px / m) and indicates how many pixels of the image correspond to one linear meter of the photographed object.
Ad esempio utilizzando un totale di 2048 px per inquadrare un campo di circa 75 cm, si ottiene una risoluzione effettiva di circa 2048 px/0.75 m = 2730 px/m. For example, using a total of 2048 px to frame a field of about 75 cm, you get an effective resolution of about 2048 px / 0.75 m = 2730 px / m.
Vantaggiosamente, il sistema di misurazione 1 comprende mezzi per variare la distanza D tra le cinghie 10a, 10b in funzione del formato della piastrella 2. Advantageously, the measuring system 1 comprises means for varying the distance D between the belts 10a, 10b as a function of the size of the tile 2.
Ciascuna cinghia 10a, 10b ha una lunghezza Le uguale o maggiore della somma delle seguenti componenti: Each belt 10a, 10b has a length Le equal to or greater than the sum of the following components:
- due volte la lunghezza massima amax della piastrella 2; - twice the maximum length amax of tile 2;
- la lunghezza Lm della zona di misura 6; - the length Lm of the measuring zone 6;
- un margine di sicurezza ms. - a safety margin ms.
Traducendo matematicamente, la lunghezza Le di ciascuna cinghia 10a, 10b è data dalla seguente formula: Translating mathematically, the length Le of each belt 10a, 10b is given by the following formula:
Le = 2amax Lm ms. Le = 2amax Lm ms.
Ad esempio, la lunghezza Lm della zona da misurare 6 è un valore fisso pari a 15 cm, il margine di sicurezza ms è anch’esso pari a 15 cm, pertanto la lunghezza Le di ciascuna cinghia 10a, 10b è pari a: For example, the length Lm of the area to be measured 6 is a fixed value equal to 15 cm, the safety margin ms is also equal to 15 cm, therefore the length Le of each belt 10a, 10b is equal to:
Le = 2amax 30 cm. Le = 2max 30 cm.
In pratica, deve essere sempre garantito che quanto una porzione qualsiasi della piastrella 2 si trova nella zona di misura 6, tale piastrella 2 sia sempre appoggiata solo ed esclusivamente alle cinghie 10a, 10b. In practice, it must always be ensured that when any portion of the tile 2 is in the measuring zone 6, this tile 2 is always supported solely and exclusively on the belts 10a, 10b.
Preferibilmente, le cinghie 10a, 10b sono supportate da corrispondenti reggicinghie 15a, 15b. Nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata, ciascun reggicinghia 15a, 15b è un corpo piastriforme avente un foro passante 18 atto a consentire l'inserimento del retroilluminatore 5 al di sotto del piano immaginario 9. Ad esempio, il foro passante è un foro rettangolare di 15 cm x 4 cm. Preferably, the belts 10a, 10b are supported by corresponding belt holders 15a, 15b. In the embodiment described and illustrated here, each strap holder 15a, 15b is a plate-like body having a through hole 18 suitable for allowing the insertion of the backlight 5 below the imaginary plane 9. For example, the through hole is a rectangular hole of 15 cm x 4 cm.
Preferibilmente, i reggicinghie 15a, 15b sono realizzati in acciaio al fine di minimizzare la flessione delle cinghie 10a, 10b dovuta al peso della piastrella 2. Preferably, the straps 15a, 15b are made of steel in order to minimize the bending of the straps 10a, 10b due to the weight of the tile 2.
Nella forma realizzativa con due motori distinti 11 a, 1 1b, l'unità di trasduzione 4 comprende due encoder 12 rispettivamente connessi ai due motori 11 a, 11b per rilevare le rotazioni dei corrispondenti alberi. In the embodiment with two separate motors 11a, 11b, the transduction unit 4 comprises two encoders 12 respectively connected to the two motors 11a, 11b to detect the rotations of the corresponding shafts.
In tal caso, l’unità di trasduzione 4 fa parte di una unità di azionamento (non illustrata) dei motori 11 a, 11 b, la quale è configurata per stabilire un controllo in retroazione del pilotaggio dei motori 1 1 a, 11b stessi. In this case, the transduction unit 4 is part of a drive unit (not shown) of the motors 11 a, 11 b, which is configured to establish a feedback control of the driving of the motors 11 a, 11b themselves.
L’impiego di due motori 11 a, 11 b diminuisce i vincoli meccanici tra le cinghie 10a, 10b e consente di migliorare le proprietà meccaniche di parallelismo e complanarità delle cinghie 10a, 10b stesse. A fronte di ciò, l’unità di azionamento serve a garantire l’omogeneità di movimento fra i due motori 11 a, 11b, determinante per la precisione del sistema di misurazione 1. The use of two motors 11 a, 11 b decreases the mechanical constraints between the belts 10a, 10b and allows to improve the mechanical properties of parallelism and coplanarity of the belts 10a, 10b themselves. Against this, the drive unit serves to ensure homogeneity of movement between the two motors 11 a, 11b, which is crucial for the accuracy of the measurement system 1.
Le cinghie 10a, 10b, i motori 11 a, 11 b e i reggicinghie 15a, 15b sono montati su un telaio 16 avente gambe 17 in acciaio. The belts 10a, 10b, the motors 11 a, 11 b and the belt holders 15a, 15b are mounted on a frame 16 having steel legs 17.
In una ulteriore forma realizzativa (non illustrata), il sistema 1 di misura comprende una pluralità di dispositivi di acquisizione 7 di immagini. Tali dispositivi di acquisizione 7 si trovano tutti al di sopra o tutti al di sotto del piano immaginario 9 di movimentazione della piastrella 2, mentre la sorgente luminosa 5 è situata da parte opposta ad essi rispetto a tale piano immaginario 9. In a further embodiment (not shown), the measurement system 1 comprises a plurality of image acquisition devices 7. These acquisition devices 7 are all located above or all below the imaginary plane 9 for moving the tile 2, while the light source 5 is located on the opposite side with respect to this imaginary plane 9.
In generale, va notato che nel presente contesto e nelle successive rivendicazioni, Tunità di controllo 8, il modulo di divisione di frequenza 13, l’unità di elaborazione 19 delle immagini e l’unità di azionamento possono essere costituite da corrispondenti dispositivi elettronici, opportunamente programmati per svolgere le funzionalità descritte, e i diversi sotto-moduli possono corrispondere a entità hardware e/o a routine software facenti parte del dispositivo programmato. In general, it should be noted that in the present context and in the subsequent claims, the control unit 8, the frequency division module 13, the image processing unit 19 and the drive unit can be constituted by corresponding electronic devices, suitably programmed to perform the functions described, and the different sub-modules can correspond to hardware entities and / or software routines forming part of the programmed device.
In alternativa o in aggiunta, tali funzionalità possono essere svolte da una pluralità di dispositivi elettronici su cui i suddetti moduli funzionali possono essere distribuiti. Alternatively or in addition, these functions can be performed by a plurality of electronic devices on which the aforementioned functional modules can be distributed.
L’unità di controllo 8, il modulo di divisione di frequenza 13, l’unità di elaborazione 19 delle immagini e l’unità di azionamento possono avvalersi inoltre di uno o più processori per l’esecuzione delle istruzioni contenute nei moduli di memoria. The control unit 8, the frequency division module 13, the image processing unit 19 and the drive unit can also use one or more processors to execute the instructions contained in the memory modules.
I suddetti moduli funzionali possono, inoltre, essere distribuiti su calcolatori diversi in locale o remoto in base all’architettura della rete in cui risiedono. II metodo per misurare le dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita è brevemente descritto nel seguito. The aforementioned functional modules can also be distributed on different computers locally or remotely based on the architecture of the network in which they reside. The method for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined feed direction is briefly described below.
La zona di misura 6, situata nel percorso di avanzamento della piastrella 2, viene illuminata ad esempio tramite il retroilluminatore 5. The measuring area 6, located in the path of advancement of the tile 2, is illuminated for example by means of the backlight 5.
Viene contemporaneamente rilevato l’avanzamento della piastrella 2 lungo la direzione di avanzamento 3 predefinita. Tale fase viene svolta, ad esempio mediante l’encoder 12. The advancement of the tile 2 along the predefined direction of advancement 3 is simultaneously detected. This phase is carried out, for example by means of the encoder 12.
Il rilevamento dell’avanzamento serve a pilotare l’acquisizione di immagini della zona di misura 6; operazione che viene svolte tramite il prescaler 13 e la telecamera 7. The detection of the progress is used to drive the acquisition of images of the measurement area 6; operation that is carried out through the prescaler 13 and the camera 7.
Infine, le immagini acquisite vengono elaborate per ottenere le dimensioni lineari della piastrella 2. Finally, the acquired images are processed to obtain the linear dimensions of the tile 2.
Inoltre, è prevista una fase di calibrazione da eseguirsi una sola volta, cioè prima di iniziare la misura vera e propria. Furthermore, there is a calibration phase to be carried out only once, that is, before starting the actual measurement.
Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del sistema di misurazione delle dimensioni lineari di una piastrella in movimento lungo una direzione di avanzamento predefinita e del relativo metodo, secondo la presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi. From the above description the characteristics of the system for measuring the linear dimensions of a tile moving along a predefined direction of advancement and of the relative method, according to the present invention, are clear, as are the advantages.
In particolare, grazie al fatto che l’acquisizione delle immagini è sincronizzata con l’avanzamento della piastrella tramite il dispositivo di trasduzione e l’unità di controllo, è possibile misurare le dimensioni lineari della piastrella in modo preciso sfruttando il flusso di immagini della zona di misura. In particular, thanks to the fact that the acquisition of the images is synchronized with the advancement of the tile through the transduction device and the control unit, it is possible to measure the linear dimensions of the tile precisely by exploiting the flow of images of the area. of measurement.
Non impiegando sensori con campo di azione limitato, il sistema di misurazione qui proposto risolve le problematiche di cambio formato e corrispondente taratura con piastre campione. Conseguentemente, il sistema di misurazione secondo l’invenzione risulta più semplice da gestire ed economico rispetto alle soluzioni note. By not using sensors with a limited range of action, the measurement system proposed here solves the problems of format change and corresponding calibration with sample plates. Consequently, the measurement system according to the invention is easier to manage and cheaper than known solutions.
Poiché la zona di misura che la telecamera deve inquadrare ha un’estensione limitata sul piano immaginario di movimentazione della piastrella (ad esempio una lunghezza di 15 cm), il retroilluminatore richiesto ha dimensioni contenute e indipendenti dalla lunghezza della piastrella. In tal modo, è sufficiente realizzare nei reggicinghie un foro passante di dimensioni ridotte (ad esempio 15 cm x 4 cm) al fine di consentire l’introduzione del retroilluminatore sotto al piano immaginario di movimentazione della piastrella. Cosi facendo, i reggicinghie conservano la loro robustezza e la campata non supportata delle cinghie è molto corta. Non si registrano pertano flessioni apprezzabili dovute al peso della piastrella. Since the measurement area that the camera must frame has a limited extension on the imaginary plane of movement of the tile (for example a length of 15 cm), the required backlight has small dimensions and independent of the length of the tile. In this way, it is sufficient to make a small through hole in the strap holders (for example 15 cm x 4 cm) in order to allow the introduction of the backlight under the imaginary floor for handling the tile. By doing so, the straps retain their strength and the unsupported span of the straps is very short. There are therefore no appreciable flexions due to the weight of the tile.
Un retroilluminatore così compatto garantisce sicuramente prestazioni ottiche migliori. Such a compact backlight certainly guarantees better optical performance.
Il sistema di misurazione così ottenuto è strutturalmente più semplice, compatto e preciso rispetto alle soluzioni note. The measurement system thus obtained is structurally simpler, more compact and more precise than known solutions.
Claims (15)
Priority Applications (1)
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| IT000086A ITMI20130086A1 (en) | 2013-01-22 | 2013-01-22 | MEASUREMENT SYSTEM OF LINEAR DIMENSIONS OF A TILE ON THE MOVE ALONG A DEFAULT FEED DIRECTION AND ITS MEASUREMENT METHOD |
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