ITUB20154128A1 - Dispositivo e metodo di monitoraggio per macchine prototipatrici e simili - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO E METODO DI MONITORAGGIO PER MACCHINE PROTOTIPATRICI E SIMILI".

CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo ed un metodo di monitoraggio per macchine prototipatrici e simili.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Le macchine per prototipazione rapida di oggetti, e le cosiddette stampanti 3D, stanno oggigiorno avendo una rapida e massiccia diffusione.

Sono infatti ben conosciuti i vantaggi dell'utilizzo di questa tipologia di macchine per realizzare oggetti di qualsiasi tipo, ad esempio oggetti finiti, oppure singoli componenti di sistemi più complessi.

Come noto, queste macchine sono state inizialmente introdotte principalmente per esigenze di cosiddetto "rapid prototyping" in ambito industriale/manifatturiero .

In altre parole tali macchine sono state concepite, in un primo tempo, per realizzare, in modo molto rapido ed economico, prototipi di oggetti o componenti di macchinari o dispositivi, con forme corrispondenti a guelle reali, e con dimensioni eventualmente ridotte in scala, per poter effettuare, ad esempio, valutazioni estetico/funzionali, oppure simulazioni di assemblaggi di parti, o simili.

In seguito, in considerazione delle notevoli potenzialità di guesta tecnologia e dei bassi costi di accesso della stessa, 1'utilizzo di tali macchine si è esteso anche alla realizzazione di prodotti finiti, o di singole parti di prodotti.

Alcune versioni di gueste macchine, contraddistinte da dimensioni ridotte , struttura essenziale, e costo particolarmente basso, sono oggi conosciute con la generica definizione di stampanti 3D, che deriva dal fatto che guesti dispositivi possono essere installati anche su una scrivania da un gualsiasi utente, anche un semplice hobbista, proprio come una tradizionale stampante bidimensionale.

Più in generale, esistono oggi numerosissime tecnologie specifiche che, sulla base di un medesimo concetto generale di funzionamento, presentano tra loro differenze più o meno significative in relazione, ad esempio, alle tipologie di materiali impiegabili, oppure in relazione ai particolari mezzi o processi utilizzati per il deposito di tali materiali per realizzare 1'oggetto desiderato.

Si parla quindi, ad esempio, di Selective Laser Sintering (SLS), Fused Deposition Modelling (FDM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Stereo Lithography (SLA), Laminated Object Manufacturing (LOM), Electron Beam Melting (EBM), e altri ancora, in relazione alla specifica tecnologia e al particolare materiale utilizzati per realizzare 1'oggetto.

In alcune applicazioni, ciò che interessa effettivamente all'utente è il risultato estetico complessivo dell'oggetto prodotto, e le reali dimensioni dello stesso hanno effettivamente rilievo nella misura in cui esse rientrano o meno all'interno di determinati intervalli (magari non troppo stretti). In altre applicazioni (ad esempio realizzazione di componenti di macchinari, protesi , o altro), le dimensioni dell'oggetto finale sono invece molto importanti: esse devono certamente rientrare all'interno di determinate tolleranze, anche piuttosto strette, sia dimensionali che geometriche.

Secondo uno schema costruttivo molto diffuso per guesta tipologia di macchine, una testa operatrice (ad esempio una testa erogatrice di materiale polimerico allo stato fuso, o comungue in uno stato idoneo ad essere erogato attraverso un orifizio) è associata ad un basamento comprendente dei mezzi di traslazione della testa stessa secondo i tre assi cartesiani.

Più in dettaglio, alcune versioni di queste macchine comprendono normalmente un piano di supporto in corrispondenza della base, dei primi e secondi mezzi di traslazione della testa operatrice rispettivamente secondo due direzioni tra loro ortogonali su piani paralleli al piano di supporto, e dei terzi mezzi di traslazione della stessa testa secondo una terza direzione verticale.

Secondo un principio di funzionamento molto diffuso in queste macchine, la testa operatrice realizza (ad esempio per diretta erogazione), a partire dal piano di supporto, una pluralità di strati sovrapposti di materiale, che complessivamente definiscono la forma finale dell'oggetto.

Il controllo dimensionale e geometrico degli oggetti prodotti (specialmente se le tolleranze sono piuttosto strette) è un aspetto particolarmente critico in queste macchine.

Ad esempio, lo spessore degli strati realizzati dalla macchina è un valore nominale che contraddistingue la macchina (ad esempio, normalmente qualche decimo di millimetro) ma non vi è nessuna possibilità di verificare 1'effettivo spessore di ogni strato depositato nella realizzazione di un determinato oggetto.

Come si può comprendere, se 1'oggetto da realizzare ha dimensioni considerevoli secondo la direzione verticale di lavoro della macchina, il deposito di numerosissimi strati di dimensioni non conformi a guelle desiderate può determinare 1'ottenimento di un pezzo notevolmente al di fuori delle tolleranze dimensionali previste.

Oppure, oggetti che hanno dimensioni considerevoli secondo la direzione verticale possono inclinarsi progressivamente mano a mano che la lavorazione avanza, e il pezzo finale ottenuto potrebbe essere evidentemente deformato.

Si deve notare che guesti inconvenienti incidono pesantemente sui tempi realizzativi : infatti la costruzione di un oggetto può richiedere anche alcune decine di ore di funzionamento continuo della macchina. Inoltre, tali inconvenienti incidono notevolmente anche sui costi del materiale utilizzato, in guanto normalmente 1'oggetto difettoso deve essere eliminato senza poter recuperare nulla.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Il compito tecnico della presente invenzione è guindi quello di migliorare lo stato della tecnica.

Nell'ambito di tale compito tecnico, costituisce uno scopo della presente invenzione mettere a punto un dispositivo ed un metodo di monitoraggio per macchine prototipatrici e simili che consenta di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati.

Un altro scopo della presente invenzione è guello di rendere disponibile un dispositivo ed un metodo di monitoraggio per macchine prototipatrici e simili che permetta di limitare i danni economici derivanti da errori operativi della macchina.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è escogitare un dispositivo ed un metodo di monitoraggio per macchine prototipatrici e simili che consenta di agevolare la realizzazione di oggetti di qualità elevata principalmente per quanto riguarda le caratteristiche dimensionali e geometriche.

Tale compito e tali scopi sono tutti raggiunti dal dispositivo di monitoraggio per macchine prototipatrici e simili secondo la allegata rivendicazione 1.

II dispositivo comprende almeno un'unità di elaborazione, e dei mezzi di acquisizione di immagini operativamente collegati all'unità di elaborazione e direzionabili in corrispondenza della zona di lavoro della macchina in cui viene realizzato un oggetto.

II dispositivo comprende inoltre dei mezzi di visualizzazione a realtà aumentata, operativamente collegati all'unità di elaborazione : tali mezzi di visualizzazione a realtà aumentata sono atti a visualizzare 1'immagine reale dell'oggetto ripresa dai mezzi di acguisizione in una guaisiasi fase della sua realizzazione, e, sovrapposta a guesta, 1'immagine virtuale dell'oggetto finito, così da evidenziare eventuali errori nella realizzazione dell' oggetto stesso.

Questo consente di evidenziare eventuali discostamenti tra 1'oggetto effettivamente realizzato, o in fase di realizzazione, e la sua immagine virtuale corrispondente al suo modello tridimensionale messo a punto in fase di progetto, così da evitare di sprecare materiale e risorse a causa di eventuali errori operativi commessi dalla macchina (ad esempio, in una tipica situazione applicativa la macchina potrebbe elaborare in modo sbagliato il modello geometrico tridimensionale STL dell'oggetto da realizzare).

Tale compito e tali scopi sono altresì raggiunti da un metodo di monitoraggio secondo la allegata rivendicazione 16.

Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono a forme di attuazione preferite e vantaggiose dell'invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI.

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati guaie esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 è una vista frontale schematica di una macchina prototipatrice e del dispositivo secondo 1'invenzione;

la figura 2 è una vista prospettica di dettaglio della macchina prototipatrice e dei mezzi di acquisizione di immagini del dispositivo;

la figura 3 è una vista schematica di dettaglio dei mezzi di visualizzazione del dispositivo;

la figura 4 è una vista schematica di dettaglio della macchina prototipatrice e dei mezzi di acquisizione di immagini del dispositivo, in un'altra sua forma di attuazione;

la figura 5 è una vista frontale schematica di una macchina prototipatrice e del dispositivo secondo 1'invenzione, in un'altra forma di attuazione;

la figura 6 è una vista prospettica di dettaglio della macchina prototipatrice e dei mezzi di acquisizione di immagini del dispositivo, secondo la forma di attuazione di figura 5;

la figura 7 è una vista prospettica di dettaglio della macchina prototipatrice e dei mezzi di acquisizione di immagini del dispositivo, secondo un'altra forma di attuazione dell'invenzione;

la figura 8 è una vista frontale schematica di una macchina prototipatrice secondo 1'invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE.

Con riferimento alla figura 1, è indicato complessivamente con 1 un dispositivo di monitoraggio secondo la presente invenzione, in una sua forma di attuazione, associato ad una macchina prototipatrice 100.

Si specifica che nel prosieguo della presente descrizione con la definizione di macchina prototipatrice 100 si intende, generalmente, una qualsiasi macchina per la realizzazione di un oggetto 2 a partire da uno o più materiali forniti ad esempio in forma di filamento avvolto su una bobina, oppure in forma di polvere o granuli, o altre ancora, ivi incluse le macchine note come stampanti 3D, senza alcuna limitazione agli scopi della presente invenzione.

A solo titolo di esempio, la macchina prototipatrice 100 potrebbe essere del tipo operante secondo una qualsiasi delle seguenti tecnologie: Selective Laser Sintering (SLS), Fused Deposition Modelling (FDM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Stereo Lithography (SLA), Laminated Object Manufacturing (LOM), Electron Beam Melting (EBM).

Come si potrà comprendere nel prosieguo, parametri dimensionali o funzionali della macchina 100 non hanno alcuna influenza ai fini della definizione delle caratteristiche della presente invenzione.

Si specifica che il dispositivo 1 secondo 1'invenzione potrebbe essere anche associato ad una macchina utensile che effettua la lavorazione di un oggetto 2 (ad esempio un pezzo meccanico) , in luogo di una macchina prototipatrice.

La macchina 100, come meglio descritto nel prosieguo, comprende almeno una zona di lavoro 101 in cui viene realizzato 1'oggetto 2.

Secondo un aspetto dell'invenzione, il dispositivo di monitoraggio 1 comprende almeno un'unità di elaborazione 3.

L'unità di elaborazione 3 può essere messa a punto appositamente per la presente applicazione, oppure può essere costituita dall'unità di elaborazione di un personal computer già esistente , o simili, senza limitazioni.

L'unità di elaborazione 3 comprende, oppure è associata a, una rispettiva memoria 4, di gualsiasi tipologia nota.

Nella memoria 4 è allocato, o caricato, il modello tridimensionale T dell'oggetto 2 da realizzare.

Utilizzando il modello tridimensionale T dell'oggetto 2 da realizzare - cioè 1'oggetto 2 finito - 1'unità di elaborazione 3 genera un'immagine virtuale 5 tridimensionale dell'oggetto 2 finito, cioè con le precise caratteristiche dimensionali e geometriche che esso deve possedere al termine della sua realizzazione, oppure di una parte dell'oggetto, così come ci si attende che si presenti ad un preciso istante a partire dall'inizio della sua realizzazione.

Ad esempio, 1'immagine virtuale 5 può essere generata tramite un guaisiasi software di modellazione tridimensionale eseguito dall'unità di elaborazione 3,0simili.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il dispositivo di monitoraggio 1 comprende dei mezzi di acguisizione di immagini 6.

1 mezzi di acquisizione di immagini 6 sono operativamente collegati all'unità di elaborazione 3, secondo le modalità meglio descritte in seguito.

I mezzi di acquisizione di immagini 6 sono direzionabili verso la zona di lavoro 101 della macchina 100, in cui viene realizzato 1'oggetto 2.

Secondo ancora un aspetto dell'invenzione , il dispositivo 1 comprende dei mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7.

I mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 sono operativamente collegati all'unità di elaborazione 3, secondo le modalità meglio descritte in seguito.

I suddetti mezzi di visualizzazione 7 sono atti a visualizzare 1'immagine reale 8 dell'oggetto 2, ripresa dai mezzi di acguisizione 6 in una qualsiasi fase della sua realizzazione, e, sovrapposta a questa, 1'immagine virtuale 5 dell'oggetto 2 finito, di cui si è detto in precedenza.

Come meglio chiarito nel prosieguo, è così possibile evidenziare eventuali errori nella realizzazione dell' oggetto 2 stesso in tempo reale durante il funzionamento della macchina 100.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione , in questa forma di attuazione il dispositivo 1 comprendente almeno un marker S.

II marker 9 è posazionabile all'interno del campo visivo dei mezzi di acquisizione di immagini 6, e viene quindi da questi ultimi inquadrato.

La presenza del marker 9 consente , in particolare, di rilevare la reale posizione dei mezzi di acquisizione 6 rispetto all'oggetto 2, oppure rispetto alla zona di lavoro 101 della macchina 100: in questo modo, la sovrapposizione tra 1'immagine reale 8 dell'oggetto 2, ripresa dai mezzi di acquisizione 6, e quella virtuale 5, generata dall'unità di elaborazione 3, avviene con le esatte proporzioni dimensionali e dalla corretta angolazione visiva.

II marker 9 può essere costituito ad esempio da un cosiddetto "ARTag", o simili.

In una forma di attuazione dell'invenzione, il marker 9 è posizionatile, specificamente, all'interno della zona di lavoro 101 della macchina 100.

La macchina 100 può essere, a solo titolo di esempio, del tipo comprendente un telaio 102 su cui è posizionata una piastra di supporto 103 dell'oggetto 2 da realizzare.

La piastra di supporto 103 può essere fissa rispetto al telaio 102, oppure può essere mobile secondo una o più direzioni di traslazione/rotazione.

Nella particolare forma di attuazione rappresentata nelle figure, la piastra di supporto 103 è fissata al telaio 102.

II marker 9, se presente, può anche consentire di rilevare la reale posizione dei mezzi di acquisizione 6 rispetto al telaio 102 della macchina 100.

La piastra di supporto 103 può essere, ad esempio, mantenuta ad una certa temperatura, superiore alla temperatura ambiente, durante la realizzazione dell'oggetto 2 (ciò è necessario, ad esempio, nel caso in cui 1'oggetto 2 sia realizzato in un materiale polimerico).

Dal telaio 102 della macchina 100 si erge una struttura 104 che supporta una testa operatrice 105.

La testa operatrice 105 provvede a realizzare 1'oggetto 2, ad esempio, depositando materiale allo stato fuso su più strati successivi, oppure sinterizzando materiale fornito in polvere, o secondo ancora altre modalità che non costituiscono una limitazione agli scopi della presente invenzione.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure, la struttura 104 comprende dei primi mezzi di traslazione 106 della testa operatrice 105 secondo una direzione, in uso, verticale, nonché secondi mezzi 107 e terzi mezzi 108 di traslazione della testa 105 in due rispettive direzioni, in uso, orizzontali e tra loro ortogonali, così da consentire alla testa operatrice 105 stessa di raggiungere gualsiasi punto all'interno della zona di lavoro 101.

Si specifica comunque che le caratteristiche costruttivo/funzionali della macchina 100 possono essere qualsiasi, senza limitazioni agli scopi della presente invenzione.

Nella forma di attuazione dell'invenzione illustrata nelle figure 1-3, i mezzi di acquisizione di immagini 6 comprendono almeno una telecamera 6a.

La telecamera 6a può essere fissa, oppure mobile.

Nel caso in cui la telecamera 6a sia fissa, essa viene piazzata in una posizione antistante la zona di lavoro 101 della macchina 100.

Nel caso in cui la telecamera 6a sia mobile, essa può essere mantenuta dall'operatore, oppure indossata dallo stesso.

Tale telecamera 6a può essere di qualsiasi tipologia, senza limitazioni.

In una forma di attuazione dell'invenzione, i mezzi di acquisizione di immagini 6 comprendono due o più telecamere 6a.

Le due o più telecamere 6a possono essere disposte, ad esempio, in opportune posizioni attorno alla macchina 100, selezionate per ottenere le migliori riprese dell'oggetto 2 durante la lavorazione (ad esempio, due telecamere 6a posizionate 1'una opposta all'altra, nel caso in cui la macchina 100 abbia una zona di lavoro 101 aperta da più lati).

I mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 possono essere di varie tipologie idonee all'applicazione.

Ad esempio, i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 possono comprendere , oppure essere costituiti da, un monitor di un computer, o un qualsiasi altro dispositivo simile.

In una forma di attuazione dell'invenzione, i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 possono essere costituiti da, oppure possono comprendere, lo schermo di uno smartphone, di un tablet, o simili.

Vantaggiosamente, i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 sono atti a mostrare 1'immagine virtuale 5 dell'oggetto 2 da realizzare sovrapposta all'immagine reale 8 ripresa dai mezzi di acquisizione 6 in trasparenza, oppure in semi-trasparenza.

In altre parole, i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 permettono la collimazione e la sincronizzazione in tempo reale fra immagine reale dell'oggetto 2 da realizzare e immagine virtuale 5.

In questo modo, 1'operatore può immediatamente ed intuitivamente verificare - in qualsiasi istante - se 1'oggetto 2 in costruzione è realizzato correttamente oppure se, per qualche ragione, sono stati commessi errori (ad esempio errori della macchina 100) che hanno determinato un discostamento dell'oggetto 2 dalle dimensioni e forme richieste in sede progettuale , ovvero nella preparazione del suo corrispondente modello tridimensionale T.

Infatti, la visualizzazione contemporanea dell'immagine reale 8 con 1'immagine virtuale 5 sovrapposta permette immediatamente di individuare differenze significative tra le stesse, che potrebbero portare alla realizzazione di un oggetto 2 non conforme alle richieste progettuali.

La verifica di differenze significative tra 1'immagine reale 8 e 1'immagine virtuale 5 dell'oggetto 2 permette, se ciò è ritenuto necessario, di arrestare immediatamente la macchina 100, così da non sprecare ulteriore materiale e, nel medesimo tempo, liberare la macchina per effettuare altri lavori (in considerazione del fatto che, come detto, la costruzione di un oggetto può richiedere anche decine di ore di lavoro ininterrotto) .

Ad esempio, con riferimento ad una problematica particolarmente avvertita in gueste applicazioni, dal momento che normalmente le macchine prototipatrici 100 non prevedono normalmente una verifica dei reali spostamenti dei mezzi di traslazione 106,107,108 della testa operatrice 105, può accadere frequentemente che, al procedere della costruzione dell' oggetto 2, eventuali errori infinitesimali (e non controllabili) in ogni singolo spostamento dei mezzi 106,107,108 si sommino progressivamente sino a diventare, ad un certo punto, non accettabili.

La soluzione tecnica secondo la presente invenzione consente di accertare queste circostanze, possibilmente, in una fase iniziale della costruzione dell'oggetto 2, in modo tale da limitare al minimo il danno economico connesso alla realizzazione di un oggetto 2 non conforme alle specifiche di progetto.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 possono essere idonei a visualizzare ingrandimenti di porzioni dell'immagine reale 8 dell'oggetto 2 da realizzare, ed anche della corrispondente immagine virtuale 5, così da poter evidenziare situazioni di criticità non visibili ad occhio nudo.

Secondo 1'invenzione, 1'utente ha la facoltà di selezionare la porzione da ingrandire e la percentuale di ingrandimento, ad esempio per analizzare con attenzione particolari zone dell'oggetto che si ritengono critiche.

Il dispositivo di monitoraggio 1 secondo 1'invenzione può essere provvisto, in una sua forma di attuazione, di mezzi di verifica automatizzati 10, associati ai mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 (raffigurati in tratto discontinuo nella figura 1).

In particolare, i mezzi di verifica automatizzati 10 possono effettuare in modo automatico, e senza la presenza dell'operatore, il confronto tra 1'immagine virtuale 5 e 1'immagine reale 8 dell'oggetto 2 da realizzare.

Questo consente, eventualmente, di generare un segnale di allarme, o simili, che richiede 1'attenzione dell'operatore, che eventualmente può anche decidere di arrestare la macchina 100.

In altre forme di attuazione dell'invenzione, il dispositivo di monitoraggio 1 può essere inoltre provvisto di mezzi di registrazione video di quanto mostrato dai mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7, in modo da consentire di analizzare il processo di fabbricazione dell'oggetto 2 da parte della macchina 100 anche in un momento successivo (ad esempio, per individuare un preciso instante del processo di fabbricazione dell'oggetto 2 in cui la macchina 100 ha commesso un errore).

Un'altra forma di attuazione del dispositivo 1 secondo 1'invenzione è illustrata, in alcuni suoi dettagli, nella figura 4.

In tale figura, e nella descrizione che segue, gli elementi corrispondenti a quelli delle forme di attuazione dell'invenzione precedentemente descritte sono indicati con i medesimi numeri di riferimento.

In questa forma di attuazione, i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 comprendono, o sono costituiti da, occhiali a realtà aumentata.

Gli occhiali a realtà aumentata 7 sono indossabili dall'operatore (o da più operatori) per verificare la realizzazione dell'oggetto 2 da parte della macchina 100.

In una forma di attuazione dell'invenzione, i mezzi di acguisizione di immagini 6 sono associati agli occhiali a realtà aumentata 7: preferibilmente, i mezzi di acguisizione di immagini 6 comprendono una telecamera 6a fissata agli occhiali a realtà aumentata 7.

In un'altra forma di attuazione dell' invenzione, i mezzi di acguisizione di immagini 6 possono essere associati a determinate parti del corpo dell<7>operatore, e non direttamente agli occhiali a realtà aumentata 7. Questa forma di attuazione dell'invenzione è particolarmente vantaggiosa in guanto consente all'operatore di visualizzare 1'oggetto 2 in costruzione dalla posizione e dall' angolazione desiderata, semplicemente spostandosi rispetto allo stesso.

Può essere particolarmente consigliata nel monitoraggio della realizzazione di oggetti 2 di forma complessa, che non potrebbero essere adeguatamente controllati con una semplice telecamera fissa.

Un'altra forma di attuazione del dispositivo 1 secondo 1'invenzione è illustrata nelle figure 5,6.

In tali figure, e nella descrizione che segue, gli elementi corrispondenti a quelli delle forme di attuazione dell'invenzione precedentemente descritte sono indicati con i medesimi numeri di riferimento.

Questa forma di attuazione si differenzia dalle precedenti forme di attuazione per il fatto che non comprende alcun marker nella zona di lavoro 101.

In questo caso, la corretta rilevazione della reale posizione dei mezzi di acquisizione 6 rispetto all'oggetto 2 viene effettuata con un diverso accorgimento.

In dettaglio, in questa forma di attuazione dell'invenzione, nella memoria 4 dell' unità di elaborazione 3 sono allocate, o caricate, una o più immagini I di riferimento della zona di lavoro 101, acquisite in precedenza da rispettive posizioni note. 1/unità di elaborazione 3 è quindi programmata in modo da effettuare il confronto, in tempo reale, tra il flusso video delle immagini riprese dai mezzi di acquisizione 6 e le immagini I note ed allocate nella memoria 4, così da determinare istante per istante, tramite opportuni algoritmi appositamente messi a punto, la posizione dei mezzi di acquisizione 6 rispetto all'oggetto 2 da realizzare, o rispetto alla zona di lavoro 101.

Viene così eliminata 1'esigenza di dover predisporre una specifica posizione, nella zona di lavoro, per un marker, che in alcuni casi può arrecare fastidio durante la lavorazione.

La zona di lavoro 101 si può quindi mantenere perfettamente pulita, e non sono necessari particolari preparativi della stessa (per prevedere il marker) quando si avvia un ciclo di lavorazione,

Ancora una forma di attuazione dell'invenzione è illustrata schematicamente, in alcuni suoi dettagli, nella figura 7.

In tale figura, e nella descrizione che segue, gli elementi corrispondenti a quelli delle forme di attuazione dell'invenzione precedentemente descritte sono indicati con i medesimi numeri di riferimento.

In questa forma di attuazione, i mezzi di acquisizione di immagini 6 comprendono almeno una telecamera 6a ed un supporto mobile 6b sul quale è posizionata la telecamera 6a.

In particolare , il supporto mobile 6b può essere provvisto di mezzi di rotazione e/o di traslazione per spostarsi autonomamente rispetto alla zona di lavoro 101, e quindi, rispetto all'oggetto 2 da realizzare.

I messi di rotazione e/o traslazione non sono rappresentati nella figura 7; essi possono essere costituiti, ad esempio, da attuatori rotativi e/o lineari elettrici, oppure pneumatici, oppure di altro tipo ancora.

I messi di rotasione e/o trasiasione possono essere asserviti all'unità di elaborazione 3 del dispositivo 1, in modo che lo spostamento della telecamera 6a possa avvenire in modo controllato.

Oppure, grazie a guesto accorgimento, lo spostamento della telecamera 6a può anche avvenire in modo programmato in reiasione alle diverse fasi di lavorazione dell'oggetto 2 da realizzare: ad esempio, la telecamera 6a può spostarsi autonomamente in modo da riprendere diverse zone dell'oggetto 2 in relazione alle diverse fasi operative di costruzione dello stesso (ad esempio per riprendere porzioni ritenute particolarmente critiche).

Forma oggetto della presente invenzione anche una macchina prototipatrice 100 comprendente almeno un dispositivo di monitoraggio 1 come in precedenza descritto.

La macchina prototipatrice è mostrata schematicamente nella figura 8.

In tale figura, e nella descrizione che segue, gli elementi corrispondenti a quelli delle forme di attuazione dell'invenzione precedentemente descritte sono indicati con i medesimi numeri di riferimento.

La macchina prototipatrice 100 può essere, ad esempio, del tipo in precedenza descritto, oppure anche di altro tipo.

La macchina prototipatrice comprende almeno un telaio 102, nel quale è definita una zona di lavoro 101 in cui viene realizzato 1'oggetto 2.

La macchina prototipatrice 100 comprende inoltre almeno una testa operatrice 105 che provvede alla costruzione dell' oggetto 2 stesso.

La testa operatrice 105 può essere associata, ad esempio, a primi, secondi, terzi mezzi di traslazione 106,107,108 per il raqqiunqimento di qualsiasi punto nella zona di lavoro 101.

In una forma di attuazione, può essere previsto almeno un marker 9, posizionato nella zona di lavoro 101, avente la funzione in precedenza descritta.

In altre forme di attuazione, tale marker può essere assente (si veda in particolare la descrizione della forma di attuazione del dispositivo 1 secondo le fiqure 5,6), e la posizione dei mezzi di acquisizione di immaqini 6 del dispositivo 1 rispetto all'oqqetto 2 da realizzare può essere determinata con altre modalità (ad esempio, utilizzando immagini I della zona di lavoro 101 riprese da posizioni note).

La macchina 100 comprende un'unità di controllo locale 109, che ne gestisce completamente il funzionamento. Secondo un aspetto dell'invenzione, 1'unità di controllo locale 109 della macchina 100 è operativamente collegata al dispositivo di monitoraggio 1.

Più in dettaglio, 1'unità di controllo locale 109 della macchina 100 è operativamente collegata all'unità di elaborazione 3 del dispositivo di monitoraggio 1.

Questo accorgimento consente di asservire il funzionamento della macchina 100 all'unità di elaborazione 3, ad esempio per gestire in modo automatizzato 1'arresto della macchina 100 nel caso in cui questa operazione sia ritenuta necessaria per limitare al minimo i danni economici derivanti dalla realizzazione di un oggetto 2 con caratteristiche non conformi.

La soluzione può essere particolarmente efficace se i mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 sono associati a rispettivi mezzi di verifica automatizzati 10, che consentono eventualmente di inviare all'unità di controllo locale 109 della macchina 100 un segnale di arresto, anche in assenza dell'operatore.

Nella figura 8, il marker 9 e le immagini I nella memoria 4 sono illustrate a tratto discontinuo in quanto sono da ritenersi soluzioni alternative l'una all'altra.

Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo di monitoraggio di una macchina prototipatrice 100, utensile, o simili.

Come già chiarito, la macchina 100 comprende un telaio 102 che definisce una zona di lavoro 101, ed almeno una testa operatrice 105 atta a costruire un oggetto 2 (oppure a lavorare 1'oggetto 2, nel caso in cui la macchina 100 sia una macchina utensile).

Il metodo comprende una fase di fornire dei mezzi di acquisizione di immagini 6 (ad esempio una telecamera 6a fissa, oppure mobile, eventualmente anche indossata dall'operatore) .

Il metodo comprende inoltre una fase di fornire dei mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7 (ad esempio il monitor di un computer, uno smartphone, un tablet, o simili, oppure degli occhiali a realtà aumentata).

E poi prevista una fase di direzionare i mezzi di acquisizione di immagini 6 verso la zona di lavoro 101 della macchina 100, e di inquadrare 1'oggetto 2 in costruzione, così da acquisire un' immagine reale 8 dell'oggetto 2 stesso.

Segue una fase di visualizzare, sui mezzi di visualizzazione a realtà aumentata 7, 1'immagine reale 8 e, sovrapposta a guesta in sincronizzazione, 1'immagine virtuale 5 dell'oggetto 2 finito, così da evidenziare eventuali errori nella realizzazione dell'oggetto 2 stesso.

E prevista anche (preliminarmente ed opzionalmente) una fase di fornire almeno un marker 9 posizionabile all'interno del campo visivo dei mezzi di acguisizione di immagini 6 (in particolare all'interno della zona di lavoro 101 della macchina 100).

Il marker 9 è atto a consentire la rilevazione della reale posizione dei mezzi di acguisizione 6 rispetto all'oggetto 2, per effettuare il corretto confronto tra le suddette immagini reale 8 e virtuale 5.

In alternativa alla previsione di un marker, può essere prevista una fase di fornire una o più immagini I di riferimento della zona di lavoro 101, acguisite in precedenza da rispettive posizioni note.

Inoltre, in guesto caso è prevista una fase di effettuare il confronto tra le immagini riprese dai mezzi di acquisizione 6 e tali immagini I note, così da determinare, istante per istante , la posizione dei mezzi di acquisizione 6 rispetto all' oggetto 2 da realizzare , oppure rispetto alla zona di lavoro 101, oppure rispetto al telaio 102.

Si è così visto come 1'invenzione raggiunge gli scopi proposti .

II dispositivo 1 ed il metodo secondo 1'invenzione consentono di monitorare efficacemente un processo di costruzione di un oggetto 2 in una macchina prototipatrice 100 (o utensile), evidenziando eventuali errori operativi in tempo utile per evitare ingenti danni economici derivanti da spreco di materiale ed infruttuoso impiego della macchina.

La soluzione proposta è economica ed applicabile in associazione a gualsiasi macchina esistente, senza alcuna limitazione , dalle più semplici alle più complesse .

La soluzione è estremamente versatile in guanto può essere implementata secondo versioni base, per le applicazioni più semplici , oppure secondo versioni più sofisticate (ed eventualmente parzialmente o completamente automatizzate ) per applicazioni più complesse .

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione , ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione offerto dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di monitoraggio (1) per macchine prototipatrici, utensili, e simili, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un'unità di elaborazione (3), mezzi di acguisizione di immagini (6) operativamente collegati a detta unità di elaborazione (3) e direzionabili in corrispondenza della zona di lavoro (101) della macchina (100) in cui viene realizzato un oggetto (2), e mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7) operativamente collegati a detta unità di elaborazione (3), detti mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7) essendo atti a visualizzare 1'immagine reale (8) dell'oggetto (2) ripresa da detti mezzi di acguisizione (6) in una gualsiasi fase della sua realizzazione, e, sovrapposta a guesta in sincronizzazione, 1'immagine virtuale (5) dell'oggetto (2) finito, così da evidenziare eventuali errori nella realizzazione dell'oggetto (2) stesso.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno un'unità di elaborazione (3) ed almeno una memoria (4) in cui è allocato, o caricato il modello tridimensionale (T) dell'oggetto (2) da realizzare.
3. 3. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno un marker (5) posizionatile all'interno del campo visivo di detti mezzi di acquisizione di immagini (6), atto a consentire la rilevazione della reale posizione in cui si trovano detti mezzi di acquisizione (6) rispetto all'oggetto (2).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui detto marker (9) è posizionabile all'interno di detta zona di lavoro (101) della macchina (100).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui in detta memoria (4) sono allocate, o caricate, una o più immagini (I) di riferimento di detta zona di lavoro (101), acquisite in precedenza da rispettive posizioni note, detta unità di elaborazione (3) essendo programmata in modo da effettuare il confronto tra le immagini riprese da detti mezzi di acquisizione (6) e dette immagini (I) note, così da determinare, istante per istante, la posizione di detti mezzi di acquisizione (6) rispetto all'oggetto (2) da realizzare.
6. 6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di acquisizione di immagini (6) comprendono almeno una telecamera (6a), fissa oppure mobile.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di acquisizione di immagini (6) comprendono almeno una telecamera (6a) ed un supporto mobile (6b) su cui è posizionata detta telecamera (6a), detto supporto mobile (6b) essendo provvisto di mezzi di rotazione e/o di traslazione per spostarsi autonomamente rispetto a detta zona di lavoro (101), e quindi, rispetto all'oggetto (2) da realizzare.
8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta immagine virtuale (5) dell'oggetto (2) è mostrata da detti mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7) sovrapposta in trasparenza, o semi-trasparenza, a detta immagine reale (8).
9. 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7) comprendono occhiali a realtà aumentata.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di acquisizione (6) sono rigidamente collegati a detti occhiali a realtà aumentata (7). il.
11. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7) comprendono il monitor di un computer, di uno smartphone, di un tablet, o di un altro simile dispositivo.
12. 12. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta immagine virtuale (5) dell'oggetto (2) finito è derivata dal modello tridimensionale (T) dell'oggetto (2) caricato nella memoria (4) di detta unità di elaborazione (3).
13. 13. Macchina prototipatrice (100), comprendente un telaio (102), una zona di lavoro (101) per la realizzazione di un oggetto (2) definita da detto telaio (102), ed almeno una testa operatrice (105) atta alla costruzione dell'oggetto (2), comprendente almeno un dispositivo di monitoraggio (1) secondo una delle rivendicazioni 1-12.
14. 14. Macchina utensile, comprendente un telaio (102), una zona di lavoro (101) per la realizzazione di un oggetto (2) definita da detto telaio (102), ed almeno una testa operatrice (105) atta alla lavorazione dell'oggetto (2), comprendente almeno un dispositivo di monitoraggio (1) secondo una delle rivendicazioni 1-12.
15. 15. Macchina secondo la rivendicazione 13 o 14, comprendente un'unità di controllo locale (109) operativamente collegata a detta unità di elaborazione (3) di detto dispositivo di monitoraggio (1).
16. 16. Metodo di monitoraggio per una macchina prototipatrice (100), utensile, e simili, comprendente una zona di lavoro (101) in cui viene realizzato un oggetto (2), caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di fornire mezzi di acquisizione di immagini (6), fornire mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7), direzionare detti mezzi di acquisizione di immagini (6) verso detta zona di lavoro (101), ed inquadrare 1'oggetto (2) in costruzione, così da acquisire un'immagine reale (8) dell'oggetto (2), visualizzare, su detti mezzi di visualizzazione a realtà aumentata (7), detta immagine reale (8) e, sovrapposta a questa in sincronizzazione, 1'immagine virtuale (5) dell'oggetto (2) finito, così da evidenziare eventuali errori nella realizzazione dell'oggetto (2) stesso.
17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 16, comprendente una fase di fornire almeno un marker (9) posizionabile all'interno del campo visivo di detti mezzi di acquisizione di immagini (6) e/o all'interno di detta zona di lavoro (101), atto a consentire la rilevazione della reale posizione di detti mezzi di acquisizione (6) rispetto all'oggetto (2), oppure rispetto a detta zona di lavoro (101), oppure rispetto al telaio (102) di detta macchina (100).
18. 18. Metodo secondo la rivendicazione 16, comprendente una fase di fornire una o più immagini (I) di riferimento di detta zona di lavoro (101), acquisite in precedenza da rispettive posizioni note.
19. 19 . Metodo secondo la rivendicazione 18, comprendente una fase di effettuare il confronto tra le immagini riprese da detti mezzi di acquisizione (6) e dette immagini (I) note , così da determinare , istante per istante , la posizione di detti mezzi di acquisizione (6) rispetto all'oggetto (2) da realizzare .