ITTO20001218A1 - Apparecchiatura per rilevare difetti sulla superficie di un filo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Apparecchiatura per rilevare difetti sulla superficie di un filo"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un'apparecchiatura per rilevare difetti sulla superficie di un corpo filiforme, in particolare un filo smaltato, del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1.

Un'apparecchiatura di questo tipo è nota, ad esempio, da SU-A-1379617. Tale apparecchiatura rileva irregolarità della superficie di un filo in movimento, facendo incidere sulla superficie del filo un raggio laser. L'apparecchiatura misura l'intensità e la distribuzione spaziale della luce riflessa dalla superficie del filo mediante una pluralità di fotosensori disposti su una superficie di raccolta.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un'apparecchiatura del tipo sopra identificato, avente dimensioni compatte e capace di svolgere allo stesso tempo un rilevamento efficace su un arco di circonferenza di notevole estensione della superficie esterna del filo.

Un altro scopo dell'invenzione è di realizzare un'apparecchiatura in grado di svolgere un rilevamento efficace utilizzando un numero ridotto di fotorilevatori, e che comporti quindi costi di produzione e di manutenzione contenuti, nonché una maggiore rapidità nell'elaborazione dei dati rilevati e resi disponibili dall'apparecchiatura.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti, secondo la presente invenzione, da un'apparecchiatura avente le caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse.

Verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita ma non limitativa dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista schematica di un dispositivo ottico per emettere, collimare e focalizzare una radiazione luminosa emessa da una sorgente laser incidente sulla superficie esterna di un filo da ispezionare;

la figura 2 è una vista schematica in sezione secondo la linea II-II della figura l;

la figura 3 è una vista laterale schematica della disposizione dei fotosensori atti a rilevare la radiazione riflessa dal filo;

la figura 4 è una vista schematica in sezione secondo la linea IV-IV della figura 3;

la figura 5 è una vista schematica dell'andamento della radiazione riflessa da un filo con superficie regolare;

la figura 6 è una vista schematica dell'andamento della radiazione riflessa da un filo con superficie irregolare; e

la figura 7 è uno schema a blocchi di un'unità per l'elaborazione dei segnali resi disponibili dai fotosensori delle figure 3 e 4.

Facendo inizialmente riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 6 è indicato un corpo essenzialmente filiforme, illustrato in scala ingrandita, avente una superficie esterna cilindrica 6a che va ispezionata per rilevarne eventuali difetti. Il corpo 6, che avanza nella direzione indicata dalla freccia A in figura l, è, nell'esempio illustrato, un filo smaltato. Naturalmente, il riferimento a questo possibile campo di applicazione dell'invenzione non deve essere in alcun modo interpretato come limitativo della portata del brevetto.

Una sorgente laser 1, ad esempio un diodo laser, emette una radiazione laser 5 che viene fatta passare attraverso un collimatore 2, 3 ed una lente cilindrica 4 così da essere collimata e focalizzata su un arco di circonferenza della superficie esterna cilindrica 6a del filo 6. Nell'esempio qui illustrato, il fascio della radiazione incidente 5 ha un'ampiezza tale da abbracciare tutto il filo 6, interessando quindi la semicirconferenza superiore della sezione del filo illustrato nella figura 2.

Il raggio laser 5 è focalizzato dalla lente 4 in modo che il filo 6 passi ortogonalmente per il piano focale della lente 4.

Come illustrato schematicamente nelle figure 3 e 4, l'apparecchiatura comprende un'unità di rilevamento comprensiva di una pluralità di fotorilevatori 7, preferibilmente fotodiodi, disposti angolarmente equidistanziati in un piano trasversale e ortogonale alla direzione di avanzamento A del filo 6. La radiazione incidente 5 giace nello stesso piano in cui sono disposti i fotorilevatori 7. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, il termine "longitudinale" indica una direzione parallela alla direzione di avanzamento A del filo, e il termine "trasversale" viene usato per indicare una direzione perpendicolare al piano della figura 1.

Ancora con riferimento alla figura 4, nell'esempio illustrato sono previsti dieci fotorilevatori, disposti su ambo i lati rispetto alla direzione della radiazione incidente 5. I fotorilevatori, disposti in questo modo, consentono di captare esclusivamente le radiazioni riflesse dall'arco di superficie superiore della sezione del filo, restando contenuti in un involucro schematicamente indicato con 21, di ingombro ridotto. Nella forma di realizzazione preferita illustrata nei disegni, il fascio di luce laser 5 incidente ha una larghezza, misurata in direzione trasversale, di circa tre volte la misura del diametro del filo, mentre la dimensione longitudinale o spessore di tale radiazione è di circa 0,1 mm o meno.

Facendo riferimento ancora alla figura 3, i fotorilevatori 7, che in questo esempio si estendono secondo direzioni parallele e coassiali alla direzione di avanzamento A del filo 6, sono schermati per mezzo di un filtro spaziale 8 che consente il solo rilevamento delle radiazioni 9 riflesse dal filo nel piano ortogonale alla sua direzione di avanzamento. Nell'esempio illustrato, tale filtro spaziale è realizzato da una semplice striscia opaca 8 con una stretta fenditura 8a formata nel piano ortogonale al filo 6 e in cui giace anche la radiazione incidente 5.

Il funzionamento dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione è il seguente.

Il filo da ispezionare 6 si muove avanzando lungo la direzione di avanzamento A. La superficie esterna 6a del filo può essere considerata speculare e riflettente, soprattutto nel caso in cui il filo sia smaltato. Il filo 6 passa sotto la radiazione incidente 5, sull'asse focale della lente 4, nel centro dell'unità di rilevamento, come illustrato in figura 4.

In condizioni di superficie 6a regolare, come illustrato in figura 5, i raggi di luce riflessa si distribuiscono nel piano perpendicolare alla direzione di avanzamento del filo in cui giace l'asse focale del fascio di luce laser incidente. In tali condizioni, i fotorilevatori 7 rilevano una radiazione riflessa di intensità massima.

Con riferimento alla figura 6, quando sulla superficie 6a del filo è presente un difetto superficiale 6b, la radiazione riflessa viene in parte o totalmente dispersa a caso in tutte le direzioni spaziali. La differenza tra l'intensità di luce irradiata lungo il piano di riflessione normale, e quella dispersa nelle altre direzioni, costituisce il principio su cui si basa il rilevamento del difetto 6b. Poiché i fotorilevatori 7 rendono disponibile un segnale elettrico proporzionale all'intensità della luce riflessa captata dalla loro parte scoperta dalla fenditura 8a del filtro spaziale 8, tale segnale può essere opportunamente elaborato ed amplificato da unità elettroniche 10 indipendenti per ogni singolo rilevatore, al fine di fornire informazioni sulla qualità del filo.

Facendo riferimento allo schema a blocchi della figura 7, un fotodiodo 7 è collegato all'ingresso di un amplificatore di segnale 10 che presenta la propria uscita accoppiata ad un primo ingresso di un comparatore 14 e ad imo stadio di integrazione 11. Lo stadio di integrazione 11 comprende, nella presente forma di realizzazione, un filtro passa basso collegato in uscita ad un primo ingresso di un microprocessore 15 ed a uno stadio divisore 12. Un nodo di somma 13 è disposto a valle dello stadio divisore 12 e presenta un secondo ingresso collegato con un'uscita del microprocessore 15 per ricevere un segnale di offset, indicato con V.. Il comparatore 14 è disposto a valle del nodo di somma 13 e riceve ad un proprio secondo ingresso un segnale Vr detto di riferimento uscente dal nodo di somma. L'uscita del comparatore 14 è collegata in ingresso al microprocessore 15 e quest'ultimo è predisposto per essere collegato ad uno stadio 20 per la misurazione della velocità del filo 6. Inoltre, tale microprocessore può essere accoppiato ad un calcolatore 18 esterno all'apparecchiatura. Il circuito sopra descritto lavora nel modo seguente. Il segnale emesso dal fotodiodo 7 viene inviato all'amplificatore 10, il quale fornisce in ingresso allo stadio di integrazione 11 ed al comparatore 14 un segnale amplificato Va. Lo stadio di integrazione Il effettua una media temporale del segnale entrante ed invia il segnale mediato allo stadio divisore 12, che lo divide per un determinato fattore di scala, ed al microprocessore 15, che lo utilizza come segnale per il controllo a retroazione dell'apparecchiatura. Il segnale mediato e scalato in uscita dallo stadio divisore 12 è inviato al nodo di somma 13 che provvede a sommarlo con il segnale di offset V, proveniente dal microprocessore 15; in uscita dal nodo di somma 13, il segnale di riferimento Vr è trasmesso al secondo ingresso del comparatore 14 ed è confrontato con il segnale Va prelevato a monte dello stadio integratore 11.

Quando il segnale Va è inferiore a Vr, il comparatore 14 emette un segnale d'errore verso il microprocessore, il quale trasmette questa informazione al calcolatore 18. Tale informazione comprende sia l'indicazione del numero di difetti rilevati per unità di tempo e per lunghezza del filo, e sia la misura dell'estensione longitudinale dei difetti rilevati, dal momento che il microprocessore 15 invia al calcolatore 18 anche l'informazione sulla velocità del filo che proviene dallo stadio 20.

In altre parole, l'unità di elaborazione provvede a calcolare elettronicamente la media del segnale rilevato, e a considerare questo segnale medio come un segnale di riferimento, indicativo del fatto che il filo ha una superficie uniforme; il segnale di riferimento viene parzializzato (ad esempio diviso per due) per evitare falsi conteggi dovuti alla normale presenza di rumore di fondo, e l'addizione del segnale di offset fisso, positivo o negativo, fino ad ottenere la sensibilità desiderata. Il segnale attuale istantaneo non-elaborato viene confrontato, tramite il comparatore 14, con il segnale elaborato medio di riferimento, in modo da poter individuare, sul primo, una rapida variazione in negativo della luce riflessa rilevata, e ad interpretare questa variazione come un difetto.

Il controllo a microprocessore 15 serve anche per poter variare, su comando, la sensibilità dello strumento, intervenendo sul segnale elaborato medio di riferimento. Ciò consente di poter tenere conto solo degli eventi più significativi, trascurando i difetti di entità minore, e di selezionare i difetti secondo la loro lunghezza, di verificare se il livello del segnale captato è sufficiente e, in caso contrario, emettere un segnale di allarme di "ottiche sporche" o di "filo fuori campo visivo" (auto-test), oltre a provvedere al trasferimento dei dati rilevati tramite una linea di comunicazione con l'elaboratore esterno 18 che sovrintende al funzionamento dell'apparecchiatura di rilevamento. Convenientemente l'elaboratore 18 può essere utilizzato anche per monitorare i mezzi di movimentazione (non illustrati) che producono 1'avanzamento del filo 6. È possibile, tramite due carrucole di guida, una a monte e una a valle dell'apparecchiatura della presente invenzione, indirizzare il filo nella giusta posizione di misura senza sottoporre il filo a tensioni meccaniche apprezzabili, né costringere il filo ad incurvarsi nel suo percorso secondo raggi di curvatura ridotti. Questo accorgimento serve, oltre a mantenere il filo in posizione ortogonale al raggio laser incidente nel suo punto di focalizzazione, ad evitare o perlomeno ridurre oscillazioni del filo.

Si è provato sperimentalmente che piccole vibrazioni non disturbano il rilevamento, se la larghezza trasversale del raggio di luce incidente è di qualche misura maggiore del diametro del filo, e se la lente cilindrica 4 ha una distanza focale sufficientemente lunga da formare un angolo di focalizzazione molto acuto.

Si apprezzerà che l'apparecchiatura della presente invenzione realizza un rilevamento di tipo continuo, senza contatto meccanico con il filo, e a velocità elevata, compatibile con le velocità di produzione del filo.

Si intende che l'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio di attuazione dell'apparecchiatura di rilevamento.

L'invenzione è invece suscettibile di modifiche relative a forma, disposizione e numero dei componenti dell'apparecchiatura, nonché dei dettagli costruttivi e di funzionamento. Ad esempio, in una forma di realizzazione meno preferita, la radiazione incidente potrà interessare solo una porzione dell'arco di circonferenza superiore della sezione trasversale del filo, e in tal caso il numero di fotorilevatori potrà essere ridotto, disponendoli solo secondo un angolo di ampiezza sufficiente a captare la radiazione riflessa.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per rilevare difetti sulla superficie (6a) di un corpo essenzialmente filiforme (6) che avanza in una direzione data (A), del tipo comprendente : una sorgente laser (1) atta ad emettere una radiazione (5) incidente su almeno una porzione della superficie (6a) ed una pluralità di rilevatori ottici (7) atti a captare le radiazioni riflesse (9) dalla parte di superficie interessata dalla radiazione incidente, caratterizzata dal fatto che detta radiazione laser incidente (5) è collimata e focalizzata sul corpo filiforme (6) in un piano essenzialmente ortogonale a detta direzione di avanzamento (A) e che i rilevatori ottici (7) sono disposti in modo tale da captare solo radiazioni riflesse in detto piano ortogonale .
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti rilevatori ottici (7) sono provvisti di mezzi a filtro spaziale (8, 8a) che consentono il solo rilevamento delle radiazioni (9) riflesse dal corpo filiforme (6) nel piano ortogonale alla sua direzione di avanzamento (A).
3. 3 . Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi a filtro ottico comprendono una superficie opaca (8) con una fenditura (8a) formata nel piano ortogonale al corpo filiforme (6) e in cui giace la radiazione incidente (5).
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui i rilevatori ottici (7) sono disposti secondo un arco attorno a detto asse di focalizzazione e alla posizione occupata dal corpo filiforme (6).
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti rilevatori ottici (7) sono disposti su ambo i lati rispetto alla direzione della radiazione incidente (5) per rilevare difetti lungo un arco di circonferenza di circa 180° della superficie (6a) del corpo filiforme rivolta verso la sorgente laser (1).
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti rilevatori ottici (7) sono disposti angolarmente equidistanziati in detto piano.
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui la larghezza trasversale del fascio di luce incidente (5) è maggiore del diametro del corpo filiforme (6).
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui il fascio (5) di luce laser incidente ha una larghezza, misurata in direzione trasversale, di circa tre volte la misura del diametro del corpo filiforme.
9. 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui la radiazione (5) di luce laser incidente ha una dimensione longitudinale non maggiore di circa 0,1 mm.
10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti rilevatori ottici (7) includono fotodiodi .
11. 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti rilevatori ottici sono associati a mezzi di elaborazione predisposti per: acquisire un segnale elettrico indicativo dell'intensità della radiazione riflessa (9) intercettata dai rilevatori ottici (7); calcolare un valore medio di riferimento del segnale acquisito, corrispondente ad una condizione di corpo filiforme con superficie (6a) uniforme; comparare il valore istantaneo del segnale acquisito con il valore del segnale medio di riferimento ; generare automaticamente un segnale di difetto quando il valore istantaneo del segnale acquisito differisce dal valore del segnale di riferimento di un quantità maggiore di un valore predeterminato.
12. 12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11, in cui detti rilevatori ottici sono inoltre associati a mezzi di elaborazione predisposti per: misurare la durata nel tempo del segnale di difetto,· e conteggiare il numero di difetti rispetto all'unità di lunghezza del corpo filiforme.