U
NIVERSITÀ DI
P
ISA
FACOLTA‟ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA INFORMATICA
Tesi di laurea
ANALISI SIMULATIVA DI FENOMENI OTTICI NEL
TUBO VETRO PER LA REALIZZAZIONE DI UN
SISTEMA DI ISPEZIONE AUTOMATICO
Candidato:
Sergio Galleni
Relatori:
Prof. Cosimo Antonio Prete
Prof. Pier Francesco Foglia
Ing. Michele Zanda
Indice
1 INTRODUZIONE: IL PROBLEMA ... 1
DI COSA STIAMO PARLANDO... 1
QUAL È IL PROBLEMA CHE VOGLIAMO RISOLVERE ... 1
QUALI SONO GLI OBIETTIVI DA RAGGIUNGERE ... 3
STRUTTURA DELLA TESI ... 3
RIASSUNTO ANALITICO... 5
2 IL MODELLO TEORICO ... 7
DESCRIZIONI DEL TUBO DI VETRO E DEL CONTESTO ... 7
FENOMENI FISICI COINVOLTI ... 8
Caratteristiche fisiche del vetro ... 8
Ottica geometrica ... 9
La legge di Snell sulla rifrazione ... 10
DISTORSIONE INTRODOTTA DALLE LENTI ... 11
Barrel / Pincushion distorsion (distorsioni a botte e a cuscino) ... 11
Costruzione geometrica dei raggi ottici della lente ... 13
Tubo non perfettamente circolare dovuto a distorsione lente ... 16
IL MODELLO MATEMATICO IN MATLAB ... 17
Rappresentazione del tubo mediante funzioni cerchio... 17
Variante: funzione cerchioDistorto()... 18
Percorso dei raggi ottici dentro il tubo simulato ... 19
Uso della funzione curveintersect() ... 23
Raggi della seconda telecamera (inclinata rispetto alla prima) ... 26
Modello con telecamera esterna / interna al tubo di vetro ... 27
Implementazione con angolo fra telecamere variabile ... 32
CALCOLO DEGLI INTERVALLI MIN E MAX... 33
Idea base dietro al calcolo degli intervalli ... 34
Studio della larghezza degli intervalli min e max dei raggi obliqui ... 36
Tabella di equivalenza per le altre configurazioni di telecamere ... 44
Visualizzazione difetti sul tubo di vetro ... 45
3 ALGORITMO DEL SISTEMA DI ISPEZIONE ... 47
ENUNCIATO DELL’ALGORITMO ... 47
L’ALGORITMO IN DETTAGLIO ... 49
Primo parte (Preparazione) ... 49
Seconda parte (Scelta telecamera principale) ... 53
Terza parte (Mini algoritmo) ... 57
Quarta parte (Analisi dei risultati) ... 63
ANALISI DELLE GRANDEZZE CHE POTREBBERO INFLUIRE SUL RISULTATO ... 70
Quantifichiamo influenza di un errore d’angolo sul risultato finale... 71
Intersezione dei raggi perpendicolari uscenti da centri camere non corrispondente al centro del tubo ... 75
Decentramento tubo di vetro rispetto ad asse centrale della telecamera ... 77
4 CONFRONTO CON LE IMMAGINI REALI... 84
METODOLOGIA DEI TEST SVOLTI ... 84
Misurazione delle distanze tramite software di fotoritocco ... 84
CORRISPONDENZA DELLE MISURE CON I DATI TEORICI FORNITI DAL MODELLO ... 87
Analisi simulazioni su tubo di diametro 16mm e spessore 1mm. ... 88
Analisi simulazioni su tubo di diametro 19.75mm e spessore 0.65mm. ... 90
FENOMENO DEL “RITARDO” PRESENTE TRA LE DIVERSE CAMERE ... 94
5 CONCLUSIONI ... 97
APPENDICE ... 99
I FILE MATLAB DEL SIMULATORE E DELL’ALGORITMO ... 99
STRUTTURA MECCANICA PBS IN-LINE ... 100
MISURATORE INDUSTRIALE D’ANGOLO ... 103
Indice delle figure
FIGURA 1-MACCHINA DI ISPEZIONE AUTOMATICA ... 2
FIGURA 2-LA LEGGE DI SNELL SULLA RIFRAZIONE ... 10
FIGURA 3-BARREL /PICUSHION DISTORTION ... 12
FIGURA 4-DISTORSIONE A BOTTE ... 12
FIGURA 5-COSTRUZIONE IMMAGINE LENTE ... 13
FIGURA 6-COSTRUZIONE IMMAGINE LENTE CON OGGETTO DEFILATO ... 14
FIGURA 7-COSTRUZIONE IMMAGINE LENTE NEL CASO DI OBBIETTIVO REALE ... 15
FIGURA 8-DETTAGLIO IMMAGINE VISTA DA REALE ... 15
FIGURA 9-DISTORSIONE DA CONVERGENZA LENTE ... 16
FIGURA 10-TUBO NON PERFETTAMENTE CIRCOLARE ... 16
FIGURA 11-TUBO COME FUNZIONE CERCHIO() ... 17
FIGURA 12-TUBO COME FUNZIONE CERCHIODISTORTO() ... 19
FIGURA 13-PERCORSO RAGGI OTTICI DENTRO IL TUBO ... 20
FIGURA 14-INTERSEZIONI RAGGIO CON TUBO ... 21
FIGURA 15-CALCOLO ANGOLO INIZIALE ... 21
FIGURA 16-DETTAGLIO ANGOLI INCIDENTI USCENTI ... 22
FIGURA 17-ESEMPIO DI USO CURVEINTERSECT() ... 23
FIGURA 18-PRIME INTERSEZIONI RAGGI/CERCHIO ESTERNO ... 24
FIGURA 19-INTERSEZIONI TOTALI RAGGI OTTICI CON TUBO E CON TELECAMERA ... 25
FIGURA 20-DIFETTO SU TELECAMERA E RAGGIO OTTICO CORRISPONDENTE... 25
FIGURA 21-RAGGI DI PARTENZA CAMERA INCLINATA... 26
FIGURA 22-PERCORSO RAGGI INCLINATI ... 27
FIGURA 23-FASCI DI RAGGI OTTICI CON TELECAMERA ESTERNA AL TUBO ... 28
FIGURA 24-FASCI DI RAGGI OTTICI CON TELECAMERA INTERNA AL TUBO ... 29
FIGURA 26-GRAFICO DISTANZE MIN E MAX DEI RAGGI OBLIQUI DAL CENTRO PER OGNI POSSIBILE RAGGIO ORIZZONTALE 31
FIGURA 27-RAGGIO ORIZZONTALE E RAGGI OBLIQUI MIN E MAX ... 31
FIGURA 28-ANGOLO VARIABILE FRA LE DUE TELECAMERE ... 32
FIGURA 29-SISTEMA A TRE TELECAMERE TOTALI (120°) ... 33
FIGURA 30-SISTEMA A 4 TELECAMERE +4 ILLUMINATORI ... 34
FIGURA 31-RAGGI OBLIQUI MASSIMO E MINIMO ... 35
FIGURA 32-GRAFICO LARGHEZZA INTERVALLO CAM1 PRINCIPALE (VICINO VICINO) ... 37
FIGURA 33-ZONE DI LARGHEZZA MAGGIORE NEL TUBO PER CAM1 ... 37
FIGURA 34-GRAFICO LARGHEZZA INTERVALLO CAM2 PRINCIPALE (VICINO VICINO) ... 38
FIGURA 35-ZONE DI LARGHEZZA MAGGIORE NEL TUBO PER CAM2 ... 39
FIGURA 36-GRAFICO LARGHEZZA INTERVALLO CAM1 VS CAM2(VICINO VICINO) ... 39
FIGURA 37-ZONE DI LARGHEZZA MAGGIORE NEL TUBO CAM1 VS CAM2... 40
FIGURA 38-GRAFICO LARGHEZZA INTERVALLO CAM1 VS CAM2(LONTANO LONTANO)... 41
FIGURA 39-ZONE DI LARGHEZZA MAGGIORE CAM1 VS CAM2 LONTANI ... 41
FIGURA 40-GRAFICO LARGHEZZA INTERVALLO CAM1 VS CAM3(VICINO LONTANO) ... 42
FIGURA 41-ZONE DI LARGHEZZA MAGGIORE CAM1VICINO VS CAM3 ... 43
FIGURA 42-GRAFICO LARGHEZZA INTERVALLO CAM1 VS CAM3(LONTANO VICINO) ... 43
FIGURA 43-ZONE DI LARGHEZZA MAGGIORE CAM3VICINO VS CAM1 ... 44
FIGURA 44-CAM0 VS CAM2 ... 45
FIGURA 45-CAM0 VS CAM3 ... 45
FIGURA 46-DIFETTI VISUALIZZATI SUL TUBO DI VETRO ... 46
FIGURA 47-ALGORITMO COMPLETO ... 48
FIGURA 48-PRIMA PARTE ALGORITMO (PREPARAZIONE) ... 49
FIGURA 49-ESEMPIO DI IMMAGINE DI TUBO NON A FUOCO ... 52
FIGURA 50-SECONDA PARTE ALGORITMO (SCELTA CAM PRINCIPALE)... 53
FIGURA 51-POSSIBILE POSIZIONAMENTO DEL DIFETTO SUL TUBO ... 54
FIGURA 53-TERZA PARTE ALGORITMO (MINI ALGORITMO) ... 57
FIGURA 54-GRAFICO USCITA ESECUZIONE MINI ALGORITMO (TUBO E RAGGI) ... 61
FIGURA 55-ZOOM SU GRAFICO USCITA ESECUZIONE MINI ALGORITMO (TUBO E RAGGI) ... 62
FIGURA 56-QUARTA PARTE ALGORITMO (ANALISI DEI RISULTATI) ... 63
FIGURA 57-DIFETTO INDETERMINATO NEL FRAME 1247 ... 64
FIGURA 58-DIFETTO PUNTIFORME SU FRAME 1247(IMMAGINE REALE) ... 65
FIGURA 59-DIFETTO INDETERMINATO NEL FRAME 1292 ... 65
FIGURA 60-DIFETTO PUNTIFORME SU FRAME 1292(IMMAGINE REALE) ... 66
FIGURA 61-DIFETTO CILINDRICO SU FRAME 1295(IMMAGINE REALE) ... 66
FIGURA 62-DIFETTO CHIUSO NEL FRAME 1295 ... 67
FIGURA 63-DIFETTI SUL TUBO DI VETRO E INTERVALLI CAM1CAM3 ... 67
FIGURA 64-FRAME 1292CAM1 VS CAM2 ... 69
FIGURA 65-FRAME 1292CAM1 VS CAM3 ... 69
FIGURA 66-SITUAZIONE IDEALE -CENTRO RAGGI USCENTI DA CAM COINCIDONO CON CENTRO DEL TUBO ... 75
FIGURA 67-SITUAZIONE REALE -CENTRO RAGGI USCENTI DA CAM NON COINCIDONO CON CENTRO DEL TUBO ... 76
FIGURA 68-TUBO ESATTAMENTE AL CENTRO DELL'IMMAGINE A FUOCO ... 77
FIGURA 69-TUBO DECENTRATO E NON PERFETTAMENTE A FUOCO ... 77
FIGURA 70- TUBO PERFETTAMENTE CENTRATO ... 78
FIGURA 71-TUBO DECENTRATO ... 79
FIGURA 72-IMMAGINE CON TUBO DECENTRATO E TAGLIO ZONA SUPERFLUA ... 80
FIGURA 73-TUBO DECENTRATO, SEZIONE TRASVERSALE ... 80
FIGURA 74-SIMULAZIONE CON TUBO DECENTRATO ... 81
FIGURA 75-LIVELLI IN ADOBE PHOTOSHOP ... 85
FIGURA 76-DIFETTO IDENTIFICATO SU IMMAGINE REALE ... 85
FIGURA 77-GUIDE PER MISURAZIONE POSIZIONE DIFETTO ... 86
FIGURA 78-TUBI DI DIVERSO DIAMETRO E SPESSORE A CONFRONTO... 87
FIGURA 80-CAM2 VEDE DIFETTO IN RITARDO ... 94
FIGURA 81-STATISTICHE DI SCARTI/FALSI SCARTI ... 96
Indice delle tabelle
TABELLA 1-PROPRIETÀ VETRO BOROSILICATO ... 9TABELLA 2-INTERVALLO MINIMO E MASSIMO E DIFFERENZA ... 36
TABELLA 3-TABELLA DI EQUIVALENZA TRA LE CONFIGURAZIONI DI TELECAMERE ... 45
TABELLA 4-45° EFFETTIVI ... 51
TABELLA 5-44.9° EFFETTIVI ... 51
TABELLA 6-ANGOLI PREDEFINITI FRA LE VARIE COPPIE DI TELECAMERE (IDEALE) ... 56
TABELLA 7-ANGOLI PREDEFINITI FRA LE VARIE COPPIE DI TELECAMERE (REALE) ... 56
TABELLA 8-ANGOLI FRA LE VARIE CAM ... 68
TABELLA 9-DIFETTO FITTIZIO 1 ... 71
TABELLA 10-DIFETTO FITTIZIO 2 ... 72
TABELLA 11-DIFETTO FITTIZIO 3 ... 72
TABELLA 12-DIFETTO FITTIZIO 4 ... 72
TABELLA 13-CONFRONTO RISULTATI DIFETTO FITTIZIO 1 ... 73
TABELLA 14- CONFRONTO RISULTATI DIFETTO FITTIZIO 2 ... 73
TABELLA 15- CONFRONTO RISULTATI DIFETTO FITTIZIO 3 ... 74
TABELLA 16- CONFRONTO RISULTATI DIFETTO FITTIZIO 4 ... 74
TABELLA 17-VARIAZIONE RISULTATO IN PIXEL FRA 45° E 44.7° PER TUBO 16/100 ... 75
