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Misure dimensionali senza contatto. Sistemi di misura considerati: - SISTEMI AD INTERFEROMETRIA LASER - SISTEMI AD ULTRASUONI - SISTEMI A TRIANGOLAZIONE.

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Presentazione sul tema: "Misure dimensionali senza contatto. Sistemi di misura considerati: - SISTEMI AD INTERFEROMETRIA LASER - SISTEMI AD ULTRASUONI - SISTEMI A TRIANGOLAZIONE."— Transcript della presentazione:

1 Misure dimensionali senza contatto. Sistemi di misura considerati: - SISTEMI AD INTERFEROMETRIA LASER - SISTEMI AD ULTRASUONI - SISTEMI A TRIANGOLAZIONE - SISTEMI CON ARRAY LINEARI - SISTEMI DI VISIONE

2 Misure dimensionali senza contatto. Vantaggio: mancando il tastatore, i sistemi di misura senza contatto non inducono errori per effetto di carico.

3 - SISTEMI AD INTERFEROMETRIA LASER

4 Gli strumenti che permettono di tarare i blocchi piano-paralleli con incertezze dellordine dei 100 nm sfruttano comunemente il principio dellinterferometria. Facendo interferire due raggi di luce coerente e monocromatica e polarizzata i fronti donda dei campi elettrico e magnetico vengono a sommarsi e si genera unattenuazione od unesaltazione dellintensità luminosa in funzione dello sfasamento relativo.

5 u Si consideri il solo campo elettrico E in un dato punto dello spazio: t EEsint EE EEE IE tot I E 1 E E 12 E 2

6 Sviluppando le relazioni si ottiene: I 1 cos F2 t G I I

7 Poiché locchio umano é sensibile alla sola componente continua dellintensità, come gran parte dei dispositivi optoelettronici, si ha: I 1 cos

8 Lo sfasamento tra due sorgenti laser può essere dovuto ad un diverso cammino x oppure ad un diverso istante di emissione t. Lequazione donda di un campo elettromagnetico è: 0 E E 0 sinkx t B Bcoskx t

9 Nei sistemi di misura dimensionale si sfrutta il diverso cammino tra i raggi riflessi dalla superficie del blocco e da una superficie semi- riflettente di riferimento. E 1 E 0 sin t kd 1 E 2 E 0 sin t kd 2 kd 2 d 1 d 2 E 1 E 2 d 1

10 E possibile misurare con estrema accuratezza laltezza H di un blocco disponendolo su di una superficie di riferimento leggermente inclinata ed osservando le linee di interferenza che si generano. micrometro fulcro H

11 Le linee di interferenza coincidono se H é un multiplo intero di mezza lunghezza donda. r 2 H n 2 r 2 r 0,1

12 Avendosi unalternanza di interferenza costruttiva e distruttiva si generano linee scure intervallate da linee più chiare. P 2 P 1 I 2 I 1

13 Utilizzando fonti luminose a diversa lunghezza donda e misurando lo sfasamento tra i due sistemi di righe dinterferenza é possibile eliminare lambiguità di fase e quindi avere una misura della dimensione H con incertezza di risoluzione pari a Min 2

14 u Con lo stesso principio è possibile paragonare le quote di blocchi di taratura utilizzando un terzo blocco poggiato sulla superficie dei primi due u contando le frange di interferenza che si generano a causa della diversità di quota si misura la differenza di altezza

15 - SISTEMI AD ULTRASUONI

16 u La misura avviene tramite la lettura del tempo che unonda di pressione ultrasonica impiega a percorrere due volte lo spazio D. u Per avere una buona direzionalità si utilizzano frequenze superiori al MHz. D

17 - SISTEMI A TRIANGOLAZIONE

18 u Si utilizzano sensori detti a triangolazione ottica u un raggio laser viene puntato sulloggetto. u La luce diffusa viene raccolta da una lente che focalizza su punti diversi di un fotorivelatore (es. PSD) in funzione della distanza D. laser lente PSD D

19 u Utilizzando il principio della triangolazione la misura avviene tramite la conoscenza della distanza tra i due riferimenti fissi D e la misura delle due distanze relative a e b. D ab u s = D - a - b

20 - SISTEMI CON ARRAY LINEARI

21 u La dimensione D é proporzionale al numero di pixel n non eccitati dalla luce laser. u Conoscendo la dimensione d del pixel si ricava la misura D: n=4 D fascio laser d D n d

22 u Con tale tecnica si opera una discretizzazione della lunghezza pari alla dimensione longitudinale media dei singoli elementi dellarray. u La misura é quindi affetta da unerrore di risoluzione. d D errore D n d d

23 - SISTEMI DI VISIONE

24 I SISTEMI DI VISIONE Un sistema di visione cerca di riprodurre alcuni meccanismi percettivi e di elaborazione delle informazioni tipiche del sistema occhi-cervello. Tramite i sistemi di visione si generano immagini digitalizzate.

25

26 Immagine elaborata controllo e guida analisi dimensionale Ispezione Identificazione di parti digitalizzatore (frame grabber) Immagine digitale Immagine digitale Telecamera Computer Sistema di illuminazione Immagine digitale Immagine analogica Immagine reale

27 Immagine analogica Immagine reale elettronicaottica Telecamera sensore vidicon, CCD o CID

28 immagine analogica Informazione digitalizzatore (frame grabber) immagine digitale immagine elaborata software di elaborazione buffer Hardware di elaborazione computer fuori linea database software specifico

29 Si definisce IMMAGINE una misura dell'intensità luminosa emessa da corpi nello spazio. Le immagini possono essere classificate, nel modo seguente: - una sequenza di immagini in movimento; - una singola immagine a colori; - una singola immagine B/N con diversi valori di livello di grigio (l.g.); - una singola immagine B/N a due soli l.g. L'immagine è composta da un numero discreto di elementi detti pixels.

30 La risoluzione relativa ad un'immagine dipende da due grandezze: - il numero di pixel che compongono l'immagine (risoluzione spaziale); - il numero di gradazioni di diversi l.g. relativi a ciascun pixel (risoluzione cromatica).

31 Le immagini vengono acquisite in matrici rettangolari con un numero variabile di righe e colonne; per esempio si trovano matrici da 512 x 512 elementi. Se i dati vengono acquisiti in 20 ms, corrispondenti alla frequenza di 50 Hz dello standard europeo sarebbe necessaria una RAM di 6,554 Mbytes/s. Non è ovviamente facile per un sistema di visione riuscire a gestire una tale mole di dati.

32 Le variabili da considerare in un'immagine sono: -1) l'illuminazione: a ciascun pixel dell'immagine viene assegnato un valore numerico corrispondente all'intensità luminosa della scena. -2) il contrasto: viene definito come la differenza tra il massimo ed il minimo l.g. presente in un'immagine; 3) la frequenza spaziale di un'immagine è legata qualitativamente al livello di dettaglio della stessa;

33 -4) il movimento: di oggetti nell'immagine con sensore fermo o del sensore con oggetti fermi. -5) il colore. -6) la disparità binoculare:i sistemi di visione sono in grado di elaborare immagini tridimensionali solo in particolari casi semplici. -7) l'ampiezza del campo visivo e la risoluzione spaziale.

34 La qualità di un'immagine dipende dal tipo di illuminazione utilizzata. Tipi di illuminazione in base alla posizione: 1) illuminazione frontale. 2) illuminazione laterale. 3) sorgente luminosa dietro l'oggetto. 4) luce strutturata.

35 Esempio di luce strutturata

36 CARATTERISTICHE DEL SEGNALE Il segnale di ingresso è la luminanza della scena acquisita dalla telecamera. Si ha: d 2 F = L dA cos La luminanza o brillanza L del punto P della superficie dA, nella direzione x è definita come il flusso di energia raggiante, nell'angolo solido d

37 Il segnale di uscita di un sistema di visione è quindi duplice: - a) posizione dei pixel nella matrice; - b) luminosità di ciascun pixel.

38 RISOLUZIONE La risoluzione dell'immagine, definita come la più piccola variazione di posizione o di luminanza dell'oggetto (ingresso) in grado di fornire una variazione dei valori dell'immagine digitalizzata (uscita), dipende da due condizioni: - Il numero di pixel che costituiscono un'immagine. - Il numero di bits per ogni pixel, assegnati a descrivere il numero di possibili gradazioni di L.G..

39 la distanza d corrisponde al numero di pixel q compresi fra il bordo sinistro e destro, moltiplicati per la larghezza media dei pixel L p : d = q L p

40 telecamera

41 La risoluzione nelle misure di distanze può essere migliorata se si tiene conto dell'intensità dei L.G. di pixel adiacenti utilizzando tecniche di tipo sub-pixel. Esse si basano sul calcolo dei momenti dell'intensità di L.G. di ordine maggiore o uguale ad u.

42 S = Si i x (L.G.)i i = p-2, p-1, p, p+1, p+2 F = Si (L.G.)i q = S / F d = (q-0,5) x lp ± ip

43 SENSIBILITA La sensibilità statica assoluta è definita come la derivata della posizione del punto luce nella matrice di pixels o del livello di luminosità del pixel (grandezze di uscita) rispetto alla variazione di posizione o luminanza dell'oggetto visualizzato (grandezza di ingresso). La sensibilità spaziale ha dimensioni di [pixel/m].

44 TARATURA E unoperazione complessa a causa delle distorsioni elettro-ottiche che si manifestano in forma più o meno evidente in funzione dellaccuratezza richiesta e del tipo di sistema di visione utilizzato.

45 Taratura di sistemi 2-D

46

47 Il livello di grigio del punto (i,j) non può essere rilevato direttamente perchè le informazioni riguardanti le diverse tonalità di L.G. si riferiscono a punti situati in posizioni diverse nellimmagine acquisita.

48 La taratura di un sistema di visione tridimensionale, è più complessa perché è necessario determinare la distanza fra punti giacenti su piani diversi. Per vedere oggetti in profondità un sistema di visione necessita di almeno due telecamere. Taratura di sistemi 3-D

49 La rotazione può essere descritta da una matrice R : a11 a12a13 R = a21 a22a23 a31 a32a33 e la traslazione dal vettore T: T = (Ut, Vt, Wt) Le coordinate dei centri C1 e C2 delle due telecamere nei rispettivi sistemi sono: C1 = (0,0,f1)C2 = (0,0,f2) X = l x,Y = l y,Z = (1-l) f1 U = g u,V = g u,W = (1-g) f2

50 Trasformando il sistema S1 nel sistema S2, si ha: (U,V,W) = (X,Y,Z) R + T Nel piano delle telecamere: a11 l x +a21 l y +a31 (1-l) f1 + Ut = g u a12 l x +a22 l y +a32 (1-l) f1 + Vt = g a13 l x +a23 l y +a33 (1-l) f1 + Wt = (1-g) f2 La taratura di sistemi tridimensionali può essere notevolmente semplificata in casi particolari.


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