L’ispezione dimensionale degli elementi di fissaggio è una delle attività di misura più impegnative nella visione artificiale industriale. Viti, bulloni, dadi, rivetti e particolari torniti di precisione devono mantenere tolleranze dimensionali strette. Il passo della filettatura, il profilo della filettatura, il diametro del gambo, l’altezza della testa e la lunghezza totale devono essere tutti misurati con precisione sub-pixel alle velocità della linea di produzione. Un singolo elemento di fissaggio sovradimensionato o sottodimensionato che raggiunge una linea di assemblaggio può causare errori di assemblaggio, violazioni delle specifiche di coppia o guasti sul campo in applicazioni critiche per la sicurezza.
Il sistema di illuminazione è la base di qualsiasi sistema di visione per la misura di elementi di fissaggio ad alta precisione. Il rilevamento dei bordi sub-pixel dipende interamente dalla produzione di un’immagine con un bordo nitido e ben definito al contorno dell’elemento di fissaggio. Ciò richiede un’illuminazione in retroilluminazione con un’alta uniformità, un’alta intensità e un profilo di diffusione ottimizzato per ridurre al minimo la penombra. Qualsiasi compromesso nella qualità dell’illuminazione si ripercuote direttamente sull’incertezza di misura.
Perché la retroilluminazione è essenziale per la misura degli elementi di fissaggio.
La misura dimensionale degli elementi di fissaggio mediante visione artificiale si basa sul rilevamento della silhouette del pezzo su uno sfondo chiaro e uniforme. La telecamera acquisisce l’immagine dell’ombra dell’elemento di fissaggio proiettata sullo sfondo illuminato. Gli algoritmi di misura rilevano i bordi di questa silhouette e calcolano le dimensioni a partire dalle coordinate pixel delle posizioni dei bordi.
Questo approccio richiede una retroilluminazione che fornisca uno sfondo uniforme e chiaro, completamente privo di punti caldi, zone d’ombra o gradienti. Qualsiasi non uniformità nello sfondo introduce una soglia dipendente dalla posizione nell’algoritmo di rilevamento dei bordi. La posizione apparente del bordo varia quindi in base alla luminosità locale dello sfondo, aggiungendo alla misura un errore sistematico difficile da calibrare.
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I retroilluminatori della serie BL di RODER VISION sono progettati specificamente per la metrologia. Il valore di uniformità dell’area attiva è pari o superiore al 95% su l’intera superficie illuminata. Questo livello di uniformità mantiene costanti le soglie di rilevamento dei bordi su tutto il campo visivo e consente una misura dimensionale accurata in qualsiasi posizione all’interno del campo.
Illuminazione Telecentrica e Ottiche Telecentriche
Nei sistemi di visione standard, la dimensione apparente di un oggetto nell’immagine dipende dalla sua distanza dall’obiettivo della telecamera. Un oggetto leggermente più vicino all’obiettivo appare più grande; uno leggermente più lontano appare più piccolo. Per la misura dimensionale, ciò significa che qualsiasi variazione nella distanza tra il pezzo e l’obiettivo — dovuta a variazioni di altezza del pezzo, vibrazioni del nastro trasportatore o tolleranze meccaniche nei sistemi di fissaggio — introduce un errore di misura.
Gli obiettivi telecentrici risolvono questo problema raccogliendo solo i raggi paralleli all’asse ottico. Un oggetto che si muove verso o lontano dall’obiettivo non produce alcuna variazione nell’ingrandimento dell’immagine all’interno della profondità di campo dell’obiettivo telecentrico. Questo rende le ottiche telecentriche la scelta standard per la misura dimensionale in cui è richiesta un’elevata accuratezza.
Requisiti di Illuminazione per Sistemi con Ottiche Telecentriche
Gli obiettivi telecentrici comportano un requisito specifico per l’illuminazione: la retroilluminazione deve produrre una luce ampiamente collimata — i raggi luminosi devono essere paralleli e diretti lungo l’asse ottico. Una retroilluminazione non collimata produce una penombra sul bordo della silhouette. La penombra è una zona di transizione sfocata tra lo sfondo chiaro e la silhouette scura del pezzo, e la sua ampiezza determina l’incertezza minima nel rilevamento dei bordi.
Per misure dimensionali non critiche, una retroilluminazione standard ad alta uniformità con un buon diffusore produce una penombra sufficientemente piccola per l’accuratezza richiesta. Per le misure più esigenti — come il profilo della filettatura ad alto ingrandimento o il diametro del gambo con un’accuratezza di ±1 micrometro — si utilizza un retroilluminatore telecentrico. Un retroilluminatore telecentrico è dotato di una lente di collimazione che produce raggi luminosi paralleli sulla superficie di uscita, riducendo al minimo la penombra e producendo il bordo più nitido possibile nell’immagine della telecamera.
Misura del Profilo del Filetto e del Passo
L’ispezione della filettatura è l’attività di misura geometricamente più complessa su un elemento di fissaggio. Il profilo della filettatura comprende il passo della filettatura, l’angolo del filetto, il diametro esterno, il diametro interno e la forma della filettatura. Tutti questi parametri devono rientrare nelle specifiche affinché l’elemento di fissaggio funzioni correttamente nel componente di accoppiamento.
Geometria di Acquisizione per la Misura del Filetto
La misura del profilo della filettatura richiede che la vite sia orientata con il proprio asse perpendicolare all’asse ottico della telecamera. La retroilluminazione illumina la vite da dietro e la telecamera acquisisce l’immagine della silhouette del profilo della filettatura. Le creste e i fondi del filetto appaiono como picchi e valli periodici nel profilo del bordo della silhouette.
L’ingrandimento deve essere sufficiente per risolvere le singole caratteristiche della filettatura. Per viti M3 con un passo di 0,5 mm, è richiesto un ingrandimento che mappi ogni passo della filettatura su almeno 20 pixel per una misura accurata del passo e dell’angolo. Un ingrandimento maggiore, da 40 a 80 pixel per passo, migliora la precisione di misura ma riduce il numero di filetti visibili nel campo visivo.
Angolo di Illuminazione e Qualità della Silhouette del Filetto
Per l’imaging della silhouette della filettatura, la retroilluminazione deve essere posizionata direttamente dietro l’asse del filetto. Qualsiasi disallineamento angolare tra la retroilluminazione e l’asse della telecamera fa sì che i fianchi del filetto siano parzialmente illuminati frontalmente, attenuando il bordo della silhouette in corrispondenza del fondo del filetto. La retroilluminazione deve essere centrata con precisione dietro la zona di misura.
Anche la lunghezza d’onda dell’illuminazione influenza l’accuratezza della misura della filettatura. Lunghezze d’onda più corte producono bordi di diffrazione più nitidi nell’immagine della silhouette. L’illuminazione blu (470 nm) o verde (525 nm) offre bordi più nitidi rispetto al rosso (617 nm) a parità di sistema ottico. Per le misure del profilo della filettatura più esigenti, l’illuminazione in retroilluminazione monocromatica blu o green è preferibile rispetto a quella bianca o rossa.
Ispezione della Geometria della Testa e delle Impronte di Guida
L’ispezione della geometria della testa della vite copre il diametro della testa, l’altezza della testa e l’integrità dell’impronta di azionamento. Le impronte di azionamento — Phillips, Torx, esagono incassato, a taglio e altre — devono avere una profondità conforme alle specifiche ed essere prive di danni o deformazioni. Un’impronta di azionamento danneggiata causa errori di assemblaggio durante l’avvitatura automatizzata e può rompere l’inserto dell’avvitatore.
Illuminazione Dall’Alto per l’Ispezione delle Impronte di Guida
L’ispezione dell’impronta di azionamento richiede una telecamera con vista dall’alto rivolta verso la testa della vite. L’illuminazione coassiale è la tecnica più efficace in questo caso. La luce coassiale viaggia lungo l’asse ottico, entra nell’impronta di azionamento e si riflette sulle pareti e sul fondo dell’impronta stessa. Il profilo dell’impronta appare come un pattern di regioni chiare e scure, caratteristico della geometria e della profondità dell’impronta.
L’illuminazione in campo scuro ad angoli ridotti funziona bene per rilevare deformazioni o danni sul bordo dell’impronta di azionamento. Sbavature, bordi arrotondati e danni superficiali che rimarrebbero invisibili sotto un’illuminazione coassiale diffondono la luce in condizioni di campo scuro, apparendo come anomalie luminose sulla superficie scura della testa.
Illuminazione ad Anello per le Caratteristiche Periferiche della Testa
L’illuminazione ad anello dall’alto della testa della vite fornisce un’illuminazione frontale uniforme per l’ispezione della geometria periferica della testa, inclusi il diametro della flangia, la presenza della rondella e la marcatura superficiale. L’illuminazione ad anello a un angolo moderato produce un’immagine chiara e uniforme della superficie superiore della testa della vite, ideale per la lettura della marcatura, la verifica della finitura superficiale e la misura geometrica del perimetro della testa.
Misura della Lunghezza, del Diametro del Gambo e della Punta
La lunghezza complessiva dell’elemento di fissaggio, il diametro del gambo e la geometria della punta sono i tre rimanenti parametri dimensionali critici per la maggior parte dei tipi di vite. Tutti e tre vengono misurati dall’immagine della silhouette laterale con illuminazione a retroilluminazione.
La lunghezza totale viene misurata come la distanza tra la sommità della testa e la punta dell’estremità nell’immagine della silhouette. L’accuratezza della misura dipende dalla calibrazione dell’ingrandimento e dall’uniformità della retroilluminazione. Il diametro del gambo viene misurato in più posizioni lungo il gambo per verificare la presenza di conicità, ovalizzazione o variazioni di diametro. La geometria della punta — angolo di conicità, lunghezza della punta e simmetria della punta — viene misurata dalla silhouette della regione della punta.
Durante la misura, il pezzo deve essere mantenuto con il proprio asse perfettamente perpendicolare all’asse ottico della telecamera. Qualsiasi inclinazione dell’asse dell’elemento di fissaggio accorcia la silhouette in prospettiva e aggiunge un errore alle misure sia di lunghezza sia di diametro. I sistemi di posizionamento dei pezzi devono vincolare la posizione angolare dell’elemento di fissaggio entro 0,1° per misure di lunghezza ad alta accuratezza.
Considerazioni per l’Integrazione nell’Ispezione Inline di Elementi di Fissaggio
I sistemi di ispezione in linea degli elementi di fissaggio devono gestire i pezzi presentati da orientatori a tazza, guide vibranti o nastri trasportatori ad alta produttività. Il sistema di illuminazione deve adattarsi a questi meccanismi di presentazione e ai requisiti di trigger del sistema di visione.
Il funzionamento strobo / pulsato è essenziale per l’ispezione in linea degli elementi di fissaggio. I pezzi si muovono continuamente sulla guida o sul nastro trasportatore. L’illuminatore viene attivato ad impulsi con una durata molto breve — tipicamente da 10 a 100 microsecondi — sincronizzata con l’esposizione della telecamera. L’impulso breve congela completamente il movimento dell’elemento di fissaggio, indipendentemente dalla velocità della linea. I retroilluminatori della serie BL3 di RODER VISION supportano il comando stroboscopico con intensità di picco diverse volte superiori rispetto all’emissione in funzionamento in continua (DC), fornendo sia immagini prive di sfocature da movimento sia un contrasto elevato ad alti ritmi di produzione.
Prodotti e tecnologie
Famiglie di Illuminatori RODER Vision per l’Ispezione di Elementi di Fissaggio
Le famiglie di prodotti RODER VISION riportate di seguito sono ottimizzate per la misura dimensionale degli elementi di fissaggio e l’ispezione dell’impronta di azionamento.
BL3 — Serie Retroilluminatori LED
Retroilluminazione ad alta uniformità per misura della silhouette di elementi di fissaggio. Uniformità 95%+. Trigger stroboscopico per immagini prive di motion blur. Multi-lunghezza d’onda con blu per bordi nitidi.
DC6 — High Density LED Ring
Ring illumination for screw head top-view inspection: drive recess, head geometry, and surface marking. Near-coaxial angle option. Multi-wavelength.
DL5 – Matrice di LED ad Alta Intensità
High peak intensity for darkfield screw head inspection: burr detection, drive recess damage, surface defects. Very short strobe pulses for high-speed part presentation.
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Direct matrix illumination for fastener head marking and serialisation reading. HTTM thermal stability for continuous 24/7 inspection lines. UV option for ink traceability.
Domande frequenti
La retroilluminazione crea una silhouette ad alto contrasto dell’elemento di fissaggio su uno sfondo chiaro e uniforme, con la telecamera che acquisisce l’immagine dell’ombra del pezzo. Gli algoritmi di misura dimensionale rilevano i bordi della silhouette con precisione sub-pixel. Questo approccio è indipendente dalla finitura superficiale o dal colore dell’elemento di fissaggio e offre la massima accuratezza per la misura di lunghezza, diametro e profilo della filettatura.
Un retroilluminatore telecentrico è dotato di una lente di collimazione che produce raggi luminosi paralleli. Questo riduce al minimo la penombra sul bordo della silhouette dell’elemento di fissaggio e produce il bordo più nitido possibile nell’immagine della telecamera. È necessario per le misure dimensionali più esigenti, dove le retroilluminazioni standard producono una penombra troppo ampia per l’accuratezza richiesta.
Lunghezze d’onda più corte producono bordi diffrattivi più nitidi nell’immagine della silhouette. L’illuminazione blu (470 nm) o verde (525 nm) fornisce bordi più nitidi rispetto al rosso o al bianco per lo stesso sistema ottico. Per le misure del profilo del filetto più esigenti ad alto ingrandimento, si preferisce la retroilluminazione monocromatica blu o verde.
L’ispezione dell’impronta di azionamento richiede una telecamera con vista dall’alto e un’illuminazione coassiale. La luce coassiale viaggia lungo l’asse ottico, entra nell’impronta e produce un pattern caratteristico di regioni chiare e scure dal quale vengono valutate la profondità e la geometria dell’impronta stessa. L’illuminazione in campo scuro ad angoli ridotti rileva sbavature, bordi arrotondati e danni superficiali sul bordo dell’impronta che l’illuminazione coassiale non riuscirebbe a identificare.
L’illuminazione in funzionamento strobo / pulsato con durate d’impulso molto brevi (da 10 a 100 microsecondi) sincronizzata con l’esposizione della telecamera congela completamente il movimento dell’elemento di fissaggio. Gli illuminatori delle serie BL3 e DL5 di RODER VISION supportano il comando stroboscopico con intensità di picco diverse volte superiori rispetto all’emissione in funzionamento in continua (DC), fornendo sia immagini prive di sfocature da movimento sia un contrasto elevato ad alti ritmi di produzione.
Contatti e informazioni
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