5
Prove Sperimentali
5.1
5.2
Introduzione
Le prove sperimentali, svolte in questo lavoro di ricerca, sono state eseguite presso il laboratorio di Visione Artificiale del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Pisa.
Sono state effettuate in pratica tre tipologie di indagini:
- acquisizione dei dati di rugosità, attraverso i parametri Ra, Rq ed Rk;
- acquisizione dei valori della Intensità di luce riflessa speculare I della superficie; - acquisizione dei dati necessari ad ottenere i profili 2D e 3D relativi alla superficie
delle mattonelle.
Campioni di riferimento
I campioni lucidati di differenti litotipi su cui sono state effettuate le prove sperimentali, provengono da diverse regioni dell’Italia, e sono di seguito elencati: - Rocce magmatiche plutoniche: 3 tipologie di Graniti;
- Rocce sedimentarie chimiche: Travertino;
- Rocce sedimentarie clastiche: Breccia Sarda (12 stadi di lucidatura);
- Rocce sedimentarie organogene: 3 tipologie di Coreni (3 stadi di lucidatura); - Rocce metamorfiche regionali: 3 tipologie di Marmi.
La taglia dei campioni è stata scelta secondo la norma ASTM (American Society for Testing and Materials) D4449-90 che raccomanda, per effettuare un esame visivo, l’uso di superfici di dimensioni da 7 a 30 cm di larghezza e da 14 a 40 cm di lunghezza [10].
5.3
Acquisizione dati di rugosità
Per effettuare la rilevazione dei parametri di rugosità, su ogni mattonella è stato definito un settore rettangolare 36x28 mm suddiviso con una griglia di 25 punti (figure 5.1 e 5.2).
Figura 5.1 Griglia di acquisizione
Figura 5.2 Applicazione della griglia su una mattonella di marmo
Per evitare errori sistematici durante le misurazioni, è stata applicata alla successione di punti (es. B2, C4, etc.) una randomizzazione a grappolo, la quale ha generato una distribuzione casuale delle posizioni da esplorare (tabella 5.1).
Sequenza punti prima randomizzazione
Sequenza punti dopo randomizzazione A1 D4 A2 C4 A3 D1 A4 E2 A5 C1 B1 C3 B2 B4 B3 E4 B4 D5 B5 B2 C1 A3 C2 D2 C3 E5 C4 B3 C5 C5 D1 B1 D2 E1 D3 D3 D4 A1 D5 A5 E1 B5 E2 C2 E3 A4 E4 E3 E5 A2
Tabella 5.1 Sequenza delle posizioni sulla griglia prima e dopo la randomizzazione a grappolo
Al fine di eseguire le misurazioni nella maniera più rigorosa possibile, si è seguita la procedura di seguito descritta:
- impostazione dei valori relativi alle condizioni di esplorazione descritto nel paragrafo 3.6;
- posizionamento della mattonella sulla tavola portapezzo del sistema di movimentazione;
- creazione dello “zero pezzo” della sonda sulla posizione A1 della griglia (fig. 5.1);
- posizionamento della tastatore del rugosimetro sulla prima posizione della sequenza di punti randomizzata, ruotando i volantini graduati del sistema di movimentazione;
- azzeramento della sonda nel modo indicato al paragrafo 3.6; - avvio della misurazione;
- lettura dei parametri di rugosità e relativa trascrizione su un foglio di Exel; - le ultime quattro operazioni vengono ripetute per le 24 posizioni randomizzate; - si ottiene un foglio di Exel su cui sono riportati i 25 valori dei parametri di Ra,
Rq e Rk ricavandone il Valore Medio e la Deviazione Standard.
La procedura viene ripetuta per tutti i campioni, creando per ciascuno una tabella in cui sono presenti i parametri di rugosità ed i dati ambientali della prova (vedi “Tabelle misure parametri di rugosità” in Appendice).
5.4
Acqisizione dati ottici
Le prove sono state eseguite in ambiente controllato: il Riflettometro (figure 4.3 e 4.4) è stato posizionato all’interno di una speciale cabina con lo scopo di minimizzare il più possibile l’influenza della luce esterna.
Le prove sono state eseguite con i seguenti parametri:
- fonte luminosa: diodi laser con lunghezza d’onda: λ=785-980-1310-1550nm; - spot fonte luminosa: 0.1-0.3mm;
- potenza di alimentazione della fonte luminosa: 5-10mW;
- caratteristiche del sensore: sensibilità 700-1800nm, finestra di acquisizione Ф=9mm, risoluzione 1.2μm, frequenza di acquisizione 30Hz;
- angoli di incidenza del fascio luminoso: 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°;
- modalità di acquisizione: media effettuata su 10 punti con 100 acquisizioni per punto nella zona centrale (finestra di 30x30mm) del manufatto lucidato;
- geometria del Riflettometro: distanza costante della fonte luminosa e del photo-detector dal campione, posizione fissa della fonte luminosa e sensore mobile sulla slitta.
5.5
Acquisizione dati per generare i profili 2-3D
Allorché il rugosimetro effettua una corsa di misura, fornisce una serie di dati costituita da 8064 valori, distribuiti uniformemente sulla lunghezza di esplorazione (lm), i quali rappresentano l’altezza delle ordinate rispetto alla linea media del profilo, elaborata anch’essa dal software dello strumento. Mediante una procedura di acquisizione dati disponibile sul programma HyperTerminal, viene creato un file contenente gli 8064 valori che viene inviato al programma Matlab, al cui interno si crea un vettore colonna. Sfruttando le proprietà della sezione grafica di Matlab si ottiene un diagramma in due dimensioni: sull’asse X è riportata la lunghezza di esplorazione (lm) suddivisa in 8064 punti, sull’asse Y l’altezza delle ordinate rispetto allo zero rappresentante la linea media del profilo (fig. 5.3).
Ovviamente la rappresentazione grafica del profilo non è quella reale. Infatti oltre agli effetti dovuti alla forma e alle dimensioni del tastatore, che determinano un’alterazione del profilo misurato, le differenze più macroscopiche sono dovute al fatto che il rugosimetro S3P produce un’amplificazione del valore delle vette e delle valli, generata dal tipo di filtro utilizzato per la misurazione (nelle prove si è utilizzato un filtro digitale a fase corretta secondo la norma DIN 4777 [20]), necessaria per poter visualizzare immediatamente i difetti della superficie sia di rugosità che di ondulazione.
Figura 5.3 Profilo bidimensionale di un granito
Per quanto concerne i profili 3D, volti a costituire una rappresentazione tridimensionale della superficie di un provino di materiale lapideo, è stato necessario effettuare diverse misurazioni su ogni mattonella analizzata, seguendo la procedura di seguito descritta:
- si fissano le dimensioni dell’area da esplorare (un settore rettangolare di 17,5mm lungo l’asse X per 23mm lungo l’asse Y).
- si divide il lato in 24 parti uguali (la scelta di effettuare solo 24 misurazioni, non è stata casuale ma imposta dalla capacità della memoria RAM presente sul calcolatore (1GB);
- si fissa lo zero pezzo;
- quindi, si avvia la prima esplorazione, ottenendo così il file da copiare su Matlab; - di seguito, si agisce sul volantino che movimenta l’asse Y e ci si sposta di una
quantità pari ad 1/24 del lato dell’area da esplorare vista prima; - si avvia un nuovo ciclo di misura.
Ripetendo l’operazione per altre 22 volte, al termine dell’ultima acquisizione avremo a disposizione 24 file.
Seguendo la procedura esaminata prima per i profili 2D si genera su Matlab una matrice di 8064 righe per 24 colonne, dalla quale si ottiene, grazie alla sezione grafica del programma, una superficie tridimensionale (fig. 5.4) che non rappresenterà la superficie reale, ma un’elaborazione amplificata dei difetti superficiali.
Figura 5.4 Profilo tridimensionale di un granito
