27 Maggio 2010

 

Pubblicazione On-line dell'articolo "Sistema per la messa a registro tra la stampa e la macchina da taglio – S.T.A.R." sul sito della National Instruments.

(Link)

Articolo:

 

"LabVIEW e le librerie IMAQ di National Instruments hanno permesso un riconoscimento ottico delle discrepanze tra sagoma stampata e disegno originale ed il posizionamento della sagoma stessa rispetto all’origine della macchina a controllo numerico"

 

Autore (i):
S. Marchetti - STUDIO P&M

Riassunto
Il progetto è nato dall’esigenza di tagliare con precisione una sagoma stampata su di un supporto, mediante una macchina a controllo numerico, plotter da taglio (Figura 1), che riceve in input lo stesso CAD utilizzato per la stampa. Per ottenere una scontornatura precisa della sagoma, si è utilizzata una fotocamera digitale unitamente al software LabVIEW ed alle librerie IMAQ di National Instruments. Attraverso tali strumenti hardware e software, è stato possibile un riconoscimento ottico delle discrepanze tra sagoma stampata e disegno originale ed il posizionamento della sagoma stessa rispetto all’origine della macchina a controllo numerico.

Articolo
A seguito della necessità riscontrata tra i costruttori di macchine da taglio, che hanno manifestato espressamente la richiesta d’una applicazione personalizzata in grado di risolvere il problema della messa a registro di sagome, si è deciso d’implementare un sistema di rilevamento ottico che, con una fotocamera digitale CCD basata su tecnologia Gigabit Ethernet, l’ausilio delle librerie IMAQ di National Instruments e lo sviluppo d’un software in ambiente LabVIEW, fosse in grado di comunicare alla macchina la traiettoria dell’utensile da taglio per scontornare correttamente quanto stampato.

A tale scopo, la prima difficoltà affrontata risiedeva nella possibilità di poter inviare con precisione al CNC le coordinate spaziali su cui andare ad effettuare il taglio, ovvero fornire un sistema che garantisse corrispondenza tra lo spazio-disegno e lo spazio-macchina, assicurando con ciò la possibilità di posizionare il materiale da tagliare in una qualsivoglia punto del piano di lavoro del CNC.

La soluzione del problema si è trovata grazie a dei marcatori, di forma e dimensione noti, appositamente creati nel disegno e riprodotti in stampa. La loro reale posizione nel foglio stampato è stata monitorata con la camera CCD abbinata agli strumenti per il riconoscimento di particelle presenti nelle librerie IMAQ. In particolare, si è fatto uso della libreria Image Processing, che ci ha permesso di individuare sia la posizione della stampa sul piano di lavoro del CNC, sia la discrepanza tra la stampa ed il CAD in termini di traslazione, rotazione, distorsione e scalatura prodotte dal plotter.

Inoltre, si è reso necessario sviluppare una parte di codice che permettesse di convertire i file in ingresso di tipo vettoriale, utilizzati da chi si occupa di stampa e taglio digitale, in file di tipo raster, utilizzabili dalle librerie IMAQ.
Grazie alle potenzialità del software LabVIEW è stato possibile sviluppare un sistema in grado di guidare l’utente finale attraverso tutte le fasi del processo e, unitamente ad un’interfaccia intuitiva costituita da più pannelli di controllo a scomparsa, lo “costringa” a rispettare la sequenza d’utilizzo del pacchetto di seguito descritta.

Impostazione dei parametri

Impostazioni Fotocamera
È stato creato un pannello di controllo a scomparsa, dove è possibile settare via software il tempo di esposizione della fotocamera, di lavorare sull’immagine acquisita andando a migliorarne il contrasto e a diminuirne il rumore sia in prossimità dei bordi dell’immagine che dei singoli particolari. Lo scopo è di rendere possibile il riconoscimento dei marcatori anche in presenza di condizioni d’illuminazione ambiente critiche.

Calibrazione
È stato creato un pannello di controllo a scomparsa, dove seguire ed impostare tutte le fasi della calibrazione, processo fondamentale per correggere errori dovuti a un imperfetto allineamento del sensore della fotocamera con il piano di lavoro, errori di distorsione ottica, nonché per correlare le dimensioni dell’oggetto catturato dall’immagine alle dimensioni reali dell’oggetto.
Conversione ed elaborazione file

Nella fase di pre-processamento, una volta caricato il file contenente il disegno, è necessario innanzitutto riconoscere il formato del file, quindi convertirlo in un’immagine di tipo raster processabile con gli strumenti di riconoscimento particelle contenuti nelle librerie IMAQ. L’utilizzo di tali strumenti permette di individuare il posizionamento dei marcatori nello spazio disegno.
Zero macchina.

In questa fase la fotocamera installata sulla testa porta utensili della macchina (Figura 1) viene posizionata al di sopra di quello che farà da marcatore di riferimento, controllando in tempo reale tramite il visualizzatore posizionato nell’interfaccia utente (Figura 2), che tale marcatore ricada nell’area di lavoro della fotocamera; una volta visualizzato il marcatore è possibile effettuare lo zero macchina, ovvero far sì che l’origine del CNC vada a coincidere con il centro del suddetto marcatore.

Processamento
Una volta note le coordinate relative di tutti i marcatori nello spazio-disegno e l’origine allo spazio-macchina, trasmettendo al CNC tali coordinate, la fotocamera viene inviata in automatico al di sopra di ogni marcatore in modo da acquisirne la posizione nello spazio-macchina e ricavare la discrepanza tra stampa e CAD, e quindi, calcolare gli eventuali valori di rotazione, traslazione, distorsione scalatura che ci consentono di far coincidere l’immagine digitale con la stampa.

In output, si ottiene un nuovo file in formato vettoriale (dxf- Drawing Exchange Format), avente lo stesso sistema di riferimento della macchina ed in cui l’immagine di partenza è stata posizionata esattamente come la stampa sul piano di lavoro. A questo punto, è possibile lanciare il processo di taglio ottenendo profili con imperfezioni inferiori al millimetro.

Risultati

In Figura 3 vengono mostrati i risultati di un taglio con e senza registro. L’immagine rappresentata a sinistra è un tipico esempio di non avvenuta messa a registro tra stampa e taglio, dove quest’ultimo è rappresentato con il contorno rosso.

Ciò avviene in mancanza d’un sistema che sia in grado di riconoscere il posizionamento relativo tra lo spazio-disegno e lo spazio-macchina. Anche pensando di fissare un sistema di riferimento nel piano di lavoro del CNC, dove posizionare accuratamente la stampa con un corretto orientamento, non sarebbe comunque possibile eliminare gli errori dovuti al processo di stampa. Con ciò, si rende necessario l’utilizzo di sistemi di visione artificiale quali quelli implementati, grazie ai quali è stato possibile avere un processo di taglio corrispondente a quello rappresentato a destra della Figura 3.

Il sistema è inoltre capace di riconoscere la presenza di eventuali deformazioni dovute al processo di stampa come fenomeni di distorsione o di scalatura ed avvisare l’operatore nel caso in cui tali fenomeni possano portare ad operazioni di taglio incorrette.

Conclusioni
In solamente due mesi è stato possibile sviluppare un applicativo in grado di risolvere e correggere problemi dovuti a posizionamento, traslazione, rotazione, distorsione e scalatura di stampe nei processi di taglio di sagome a registro.
Attualmente è in fase di sviluppo la nuova parte di codice in grado d’elaborare la sagoma reale e di applicarci sopra un processo di smoothing, grazie al quale si riesce a comunicare alla macchina CNC una traiettoria di taglio ottimizzata per ridurre i tempi di taglio.

Informazioni sull'autore:
S. Marchetti
STUDIO P&M

 

 

Plotter da taglio

Figura 1

 

Interfaccia utente

Figura 2

 

 

Risultati di un taglio con e senza registro

Figura 3