Misurazione precisa diametri (laser, infrarosso o altro)

Salve ragazzi,

ho una CNC amatoriale e ho l’esigenza di dover misurare con precisione il diametro della fresa montata (considerando anche eventualità di pochi centesimi di eccentricità del mandrino). Si potrebbe con un micrometro ma ovviamente non è molto affidabile ne si terrebbe conto dell’eccentricità mandrino.

L’idea è quella di montare la fresa, accendere il mandrino e farla passare atraverso “qualcosa” per misurare il diametro. Le soluzioni che ho pensato sono diverse:

  1. Semplice laser emettitore e una fotoresistenza come ricevitore. Si crea una forcella all’interno della quale faccio scorrere la fresa. Interrompendo il fascio verrà attivato un relè che collegato al box della CNC mi indicherà le coordinate attuali assolute del ponte (la gestione delle coordinate non è un problema). Continuando a scorrere nella forcella la fresa libererà il campo laser ed il fascio verrà ripristinato, in quel momento scatterà nuovamente il relè e memorizzerò nuovamente le coordinate assolute macchina. Per differenza avrò esattamente il diametro fresa. La domanda è:

Quanto può essere preciso un sistema del genere considerato che utilizzo anche frese di pochi mm? Visto che il sistema è semplice si potrebbe realizzarlo e provare direttamente, ma vorrei prima confrontarmi con qualcuno.

  1. Utilizzare array lineari tipo i sensori per “follow line” nei piccoli robottini come il TSL1401 o il TSL1402. Il principio di funzionamento non mi è chiarissimo ma da quello che ho capito dovrebbe riuscire a rilevare la fresa che entra nel suo campo “visivo” e pilotare poi il solito relè.

Altre proposte o consigli sono ben accetti. I diametri fresa da rilevare possono variare dai 2 ai 12-13 mm

Luc@

metodo1.jpg

Questo tipo di problemi si risolve "facilmente" utilizzando una camera HD, min 720p, con capacità macro, portando la fresa davanti all'obiettivo, con uno sfondo bianco, basta contare i pixel occupati dal diametro per calcolarlo con una precisione migliore di 0.1mm. Ovviamente l'utilizzo della camera può essere fatto solo tramite pc e non certo con Arduino. :)

Il sistema della forcella ottica è da provare, però non aspettarti grandi risultati come precisione, dipende molto dal diametro del fascio luminoso, il diametro dello spot, l'area sensibile e la distanza tra sorgente e ricevitore. Se ti basta una precisione di +/- 0.5 mm, tenendo conto del fatto che conosci i possibili diametri delle frese montate, forse ce la fai con la forcella ottica e Arduino.

astrobeed: Ovviamente l'utilizzo della camera può essere fatto solo tramite pc e non certo con Arduino. :)

Forse ci riesce anche con una Raspberry PI e la sua videocamera ... ottenendo un qualche cosa di più economico e compatto ;)

Una camerina come QUESTA ha una risoluzione di 3280x2464 ...

Guglielmo

avevo pensato anche io all'uso di una telecamera HD e rilevazione bordi. Tempo fa acquistai un microscopio USB ed a corredo c'è un software che opportunamente calibrato con un loro provino, è in grado di rilevare ciò che mi serve con scarti veramente ridicoli, ma volevo avere una soluzione un pò più compatta.

A sto punto si potrebbe pure pensare di scannerizzare le frese con un comune scanner ed avendo un provino di misura nota calcolarsi il diametro. Ma la fresa poi dovrebbe essere perfettamente parallela al sensore e non si terrebbe conto dell'eccentricità mandrino.

@astrobeed: puoi indicarmi qualche software (preferibilmente free) che fa al caso mio (escludendo quello del microscopio USB già in mio possesso)?

Grazie Luc@

gpb01: Forse ci riesce anche con una Raspberry PI e la sua videocamera ... ottenendo un qualche cosa di più economico e compatto ;)

Ottimo consiglio. Da non molto ho preso una Raspberry PI 3 con la sua camera da 8 Mpix, la voglio usare per lo streaming video HD sul mio nuovo robot, e posso confermare la buona qualità della camera, la potenza di calcolo è più che sufficiente per misurare il diametro di una fresa senza impegnare un PC. :)

hecho: @astrobeed: puoi indicarmi qualche software (preferibilmente free) che fa al caso mio (escludendo quello del microscopio USB già in mio possesso)?

Software pronto all'uso,con pochissimo lavoro per risolvere il tuo problema, c'è Roborealm, solo per PC, però è a pagamento (50$), puoi provarlo per 15 giorni senza nessun limite prima di acquistarlo. L'alternativa a costo zero è usare le Open CV, si integrano in quasi tutti i linguaggi di programmazione, però tocca perderci non poco tempo ed avere almeno un minimo di conoscenza delle tecniche utilizzate per la visione artificiale. Con la Raspberry utilizzando Python e immagini campione delle frese non dovrebbe essere troppo complicato realizzare una applicazione, però la mia conoscenza di Python è molto limitata e non è detto che la cosa sia realmente fattibile e quanto può risultare complessa, di sicuro si fa in C/C++ utilizzando le Open CV per i vari filtri immagine disponibile, in fin dei conti basta evidenziare il contorno della fresa e compararlo con quelli campione come larghezza in pixel, anzi non servono delle immagini campione, serve un database delle dimensioni delle varie frese che usi. Per l'eccentricità puoi scordarti di misurarla con sistemi low cost, risoluzione a 0.01 mm la ottieni solo con hardware molto costoso.

avevo pensato alle OpenCV, tempo fa vidi una demo:

Potrebbe fare al caso mio, ma come detto prima, preferirei usare un sistema da interfacciare “al volo” al pc che gestisce la fresa. Approfondisco e se ne ricavo qualcosa vi faccio sapere. Nel frattempo si accettano altri consigli o pareri

Luc@

Fotocellula con laser. La precisione dipende dal diametro del fascio laser e dalla percisione del attuatore che muove la fresa.

Entrambe le soluzioni hanno un grosso problema: la polvere e i truccioli che produce la fresa sporcano l' ottica. Ciao Uwe

Una delle CNC che avevamo usava un tastatore micrometrico per controllare gli utensili ... quando non serviva, si "ritirava" in un vano chiuso con un portello con guarnizione ermetica ... ma forse per una CNC artigianale, sarebbe troppo incasinato costruire una cosa simile ...

uwefed: Fotocellula con laser. La precisione dipende dal diametro del fascio laser e dalla percisione del attuatore che muove la fresa.

Entrambe le soluzioni hanno un grosso problema: la polvere e i truccioli che produce la fresa sporcano l' ottica. Ciao Uwe

Per quanto riguarda la precisione dell'attuatore non c'è problema, per quanto riguarda polvere e trucioli "l'accrocchio" viene usato ad inizio lavorazione (quando ancora è tutto pulito) e poi riposto nel cassetto. Poi questo tipo di misurazione non va fatta sempre ma solo ogni "tot" a distanza di parecchio tempo. Trattandosi di una cosa amatoriale le "ore" di lavoro non sono così alte da influenzare più di tanto l'usura della fresa.

Etemenanki: Una delle CNC che avevamo usava un tastatore micrometrico per controllare gli utensili ... quando non serviva, si "ritirava" in un vano chiuso con un portello con guarnizione ermetica ... ma forse per una CNC artigianale, sarebbe troppo incasinato costruire una cosa simile ...

sicuro che si trattava di un tastatore per misurare il diametro e non di un palpatore per misurare l'offset in Z? perchè mi viene difficile pensare al principio di funzionamento che c'è dietro ad un misuratore che in automatico riesca a calcolarsi il diametro utensile andando a tastare esattamente sui taglienti periferici.

So solo che era un tastatore di quelli per ponti micrometrici (le astine con il sensore alla base ed il codolo con la pallina di vetro alla fine), ma cosa facesse di preciso sulla macchina non lo so dire perche' non era una di quelle che usavo io ... puo anche darsi che si limitasse all'offset ...

Io pero' intendevo il tutto nel senso di come era protetto da trucioli ed emulsione refrigerante (vano stagno con portello motorizzato ed estensione nella zona di lavoro solo quando serviva), in risposta al post di uwe sul fatto che si sporcherebbe l'ottica ... per quello dicevo che realizzare un sistema simile, con tutti i relativi servomeccanismi, sarebbe stato troppo incasinato per una realizzazione artigianale ... anche volendo fare il tutto montato fisso in parte alla zona di lavoro, che si limita ad aprire il portello quando devi misurarci l'utensile, servirebbe comunque realizzare un contenitore abbastanza stagno, con un portello preciso e con guarnizione, con un servomeccanismo abbastanza robusto per mantenerlo chiuso anche con le vibrazioni della CNC in funzione, ed inoltre in qualche modo a pressione positiva, cioe' per evitare entrata ed accumulo di polvere, l'aria all'interno dovrebbe essere sempre a pressione piu alta di quella all'esterno, quindi o un tubetto di aria compressa, o una ventola con filtri antipolvere sempre in funzione (ma che poi andrebbe probabilmente pulita ogni giorno, perche' i filtri si riempirebbero di polvere, se la macchina ne produce parecchia) ...

hecho: "ore" di lavoro non sono così alte da influenzare più di tanto l'usura della fresa.

Probabilmente ho interpretato male la tua esigenza, se si parla di misurare il diametro effettivo della fresa è una cosa diversa dal identificare l'utensile montato in automatico, pensavo fosse questa la tua esigenza. Il modo più semplice è misurare con un buon calibro centesimale, non certo quelli cineseria da pochi Euro, le frese prima di montarle. :D