RICERCA ITALIANA     

Tecnologie di lavorazione e controllo delle superfici in pietra naturale

Università degli Studi di Cassino

Abstract

Negli ultimi 40 anni si è assistito ad una crescita pressoché continua nell'impiego e nel consumo di lapidei, interrotta soltanto da brevi periodi di congiuntura sfavorevole. A questo incremento di domanda ha corrisposto, nello stesso arco di tempo, un aumento dell'offerta grazie all'ingresso di numerosi Paesi produttori di grezzo, all'intensificazione delle escavazioni e alla scoperta di nuovi giacimenti. Dall'inizio degli anni 90, nonostante abbia avuto inizio una forte offensiva concorrenziale da parte di prodotti alternativi, la crescita di marmi e pietre non si è fermata, anzi è stata largamente superiore a quella dell'economia mondiale considerata nel suo complesso; il tasso medio di incremento della produzione è stato pari al 6,8% e il saggio di sviluppo quantitativo nell'interscambio ha raggiunto l'8,3%. Il raggiungimento di questo risultato è stato possibile grazie allo sviluppo tecnologico ma anche grazie ad altri fattori quali la velocizzazione dei trasporti e la riscoperta di marmi e pietre, alla luce di una grande competitività, da parte di progettisti e costruttori.
Il settore lapideo ed il suo indotto, nonostante miriadi di condizionamenti e strozzature, archiviano un novecento positivo, durante il quale produzione ed impieghi sono cresciuti di circa sessanta volte, mentre la popolazione mondiale è appena quintuplicata. In particolare la produzione lapidea mondiale oggi ha superato largamente i 100 milioni con un fatturato che si è attestato su un valore superiore ai 20 miliardi di Euro.
Per poter rafforzare ed incrementare la posizione italiana nell'esportazione di tecnologia e di prodotti ad elevato valore aggiunto occorre supportare l'innovazione dei processi e dei sistemi di lavorazione attraverso lo studio e l'ottimizzazione delle tecnologie esistenti e l'introduzione di tecnologie innovative.
Le aziende attuali operano in modo empirico secondo indicazioni ricevute dai fornitori di utensili e utilizzando le conoscenze acquisite in molti anni di esperienza. Tale approccio consente di arrivare a definire "una" soluzione che potrebbe essere lontana da quella ottimale in termini di scelta utensile e definizione dei parametri di lavorazione, di riduzione degli scarti e, conseguentemente, minor impatto ambientale, di miglioramento delle condizioni di lavoro degli addetti.
Il settore risulta interessato ad una attività di ricerca e sviluppo che affronti le problematiche tecnologiche da un punto di vista scientifico e fornisca indicazioni utilizzabili nella pratica industriale. In questo modo l'Italia potrebbe rafforzare la propria posizione di leadership nel settore sia nell'ambito dei prodotti sia delle tecnologie di lavorazione con conseguenti sensibili ripercussioni anche per l'occupazione.
Questo progetto vuole studiare le tecnologie di lavorazione superficiale, quali la lucidatura con mola abrasiva ed la lavorazione con getto idroabrasivo, che insieme a quelle di taglio investigate nel progetto precedente sono ritenute molto promettenti per il settore. Inoltre il progetto indaga gli aspetti tecnologici e gestionali riguardanti il controllo e la rintracciabilità dei prodotti in pietra naturale secondo le predisposizioni imposte dalla normativa corrente. A tal fine verranno approfondite tecnologie innovative applicate all'incisione della pietra, quali il laser ed il getto idroabrasivo. Tale studio è orientato allo sviluppo di modelli analitici che correlino le forze di taglio o l'energia di taglio alle proprietà del materiale lavorato, ai parametri di lavorazione ed alle caratteristiche dell'eventuale utensile.
Tali risultati verranno raggiunti attraverso lo sfruttamento di sinergie attualmente disponibili sul territorio nazionale riunite in una rete di competenze. Per migliorare la competitività delle imprese del settore e consentire il massimo sfruttamento dei risultati raggiunti si utilizzeranno fasi intermedie di confronto con gli industriali e lo sviluppo di un portale dell'innovazione per il settore. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Luigi CARRINO Università degli Studi di CASSINO

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo generale del progetto è di sfruttare le competenze della rete nazionale scientifica e di imprese nazionale instaurata nel corso del precedente progetto finanziato COFIN 01, dal titolo "Tecnologie di lavorazione delle pietre naturali". Nel corso di questo progetto sono stati affrontati studi sul taglio delle pietre naturali mediante la tecnologia tradizionale con fresa, disco e perlina diamantati e la tecnologia innovativa mediante getto d'acqua con abrasivo. In particolare, la presente proposta di progetto, in continuità con le attività intraprese nel COFIN 01, mira allo studio delle lavorazioni superficiali delle pietre naturali mediante tecnologia tradizionale ed innovativa. Inoltre il presente progetto mira allo sviluppo di procedure per la gestione dei prodotti in pietra naturale in ottica qualità, soddisfacendo alle recenti richieste normative relative ai prodotti da costruzione.
Si intende per lavorazione superficiale l'insieme delle lavorazioni cui viene sottoposta la superficie di una pietra naturale al fine di conferire alla stessa un determinato aspetto. La finitura superficiale è una lavorazione fondamentale per lo sfruttamento delle possibilità espressive di un prodotto lapideo: il colore, la tessitura, la scabrezza, la rugosità, il disegno e tutti i possibili attributi estetici naturali di una roccia possono essere valorizzati, modificati o minimizzati, mediante opportuni trattamenti. Non di rado alcuni di essi portano, come conseguenza della loro applicazione, ad un miglioramento di alcune proprietà tecniche del materiale, come ad esempio la resistenza agli agenti atmosferici o l'assorbimento. Tuttavia la scelta della finitura di una superficie risulta sempre funzione di una serie di fattori. Tra questi, quelli che assumono importanza preponderante sono il risultato cromatico finale e, ovviamente, il costo.
Nell'ambito delle lavorazioni superficiali rivestono un ruolo fondamentale le lavorazioni di lucidatura. La lucidatura è un operazioni attraverso la quale si porta una superficie agli stati, rispettivamente, liscio e lucido. Il processo di lucidatura si esplica con modalità differente a seconda che si tratti di marmo o granito.
Nel marmo la lucidatura avviene per un processo abrasivo e chimico; essa viene ottenuta con utensili lucidanti a base di acido ossalico ed acetosella, impiegati nella fase finale del processo. Operando una deliberata riduzione dell'apporto di acqua nella fase finale del trattamento abrasivo, si provoca un surriscaldamento del materiale, sulla superficie del quale si forma una patina, risultato della interazione delle sostanze su menzionate con i costituenti del materiale stesso.
In particolare, la presente proposta di progetto mira a sviluppare una serie di modelli che correlino i parametri di lavorazione in lucidatura e le proprietà dell'utensile diamantato e della pietra alla forza di taglio risultante ed all'usura dell'utensile connessa alla lavorazione.
Tali modelli verranno utilizzati ai fini dell'ottimizzazione della lavorazione, che consiste nella riduzione dei costi della lavorazione e/o dei tempi, ottenuta agendo su fattori, quali le forze di taglio, le proprietà degli utensili e le vibrazioni.
Il presente progetto vuole, inoltre, approfondire l'applicazione della tecnologia del getto idroabrasivo alle pietre ornamentali, passando dallo studio del taglio, approfondito nell'ambito del precedente progetto finanziato COFIN01, a quello della lavorazione delle superfici in pietra naturale attraverso getto idroabrasivo (Abrasive Water Jet). L'obiettivo è quello di comprendere quali vantaggi di natura tecnico-economica presenta la lavorazione mediante getto idroabrasivo per la bocciardatura o la sabbiatura delle superfici in alternativa alle lavorazioni meccaniche tradizionali. Lo studio consentirà di arricchire con nuovi risultati il confronto tecnico-economico tra tecnologia tradizionale e tecnologia a getto idroabrasivo, già intrapreso nel precedente COFIN01.
Inoltre, il presente progetto mira a sviluppare delle tecniche di gestione dei prodotti in pietra naturale in ottica qualità soddisfacendo alle recenti richieste normative relative ai prodotti da costruzione. La normativa vigente, che fa riferimento alla Direttiva 89/106/CEE, sancisce che i materiali da costruzione siano rintracciabili mediante l'apposizione di marchi e codici indelebili. A tal fine si vogliono studiare 2 tecnologie di marcatura permanente: la marcatura mediante getto idroabrasivo e la marcatura laser. Lo scopo è quello di studiare l'applicabilità delle tecnologie a getto idroabrasivo e laser per la marcatura di pietre naturali. A tal proposito verranno sviluppati modelli che riproducano l'interazione tra fascio energetico e materiale in lavorazione al fine di mettere a punto attrezzature prototipali, trasportabili e di basso costo, specifiche per la marcatura di pietra naturale. I risultati raggiunti attraverso le 2 tecniche di marcatura verranno confrontati anche tenendo conto dei requisiti di leggibilità nel caso che le informazioni debbano essere lette oltre che da un operatore umano anche in maniera automatica attraverso tecniche di visione artificiale.
Infatti, il presente progetto vuole anche studiare l'applicazione della tecnica di visione artificiale per il controllo della qualità di superfici in pietra naturale, ottenute attraverso le tecnologie oggetto del progetto (lucidatura e AWJ) e per la gestione della rintracciabilità del prodotto. L'obiettivo è quello di realizzare un sistema prototipale basato sulla visione artificiale per il controllo in-process dei processi di lavorazione superficiale, siano essi tradizionali o innovativi. Tale controllo coinvolgerà sia il controllo della qualità del prodotto e, quindi, in modo indiretto, del processo di realizzazione sia il controllo dell'usura degli utensili diamantati eventualmente utilizzati nella lavorazione superficiale. Lo stesso sistema verrà utilizzato per leggere il codice impresso sul prodotto attraverso le tecnologie a getto idroabrasivo e laser e, quindi, per lanciare automaticamente la lavorazione che il prodotto dovrà subire e/o per valutare l'accuratezza nella riproduzione del codice identificativo del prodotto in pietra naturale.
La proposta di progetto vuole sfruttare i risultati e le competenze acquisite nell'ambito del precedente cofinanziamento sulle pietre naturali, COFIN 01, e si pone a supporto degli sforzi di innovazione e sviluppo per il settore della lavorazione delle pietre naturali.
L'obiettivo del progetto è quello di studiare le seguenti tecnologie: la lucidatura, la lavorazione superficiale attraverso getto idroabrasivo, l'incisione mediante getto idroabrasivo e laser. Il progetto, inoltre, vuole approfondire l'applicazione delle tecniche di visione artificiale per il controllo qualità di prodotti in pietra naturale. Si studieranno le forze di taglio, gli utensili diamantati, il fenomeno di usura al fine di ottimizzare i processi di lavorazione superficiale.
Tutte le fasi sperimentali del progetto saranno effettuate su due tipologie di marmo, il Perlato Coreno e il Bianco Carrara. <<<

Risultati parziali attesi

Disponibilità dei materiali, degli utensili e del piano sperimentale relativo ai principali parametri di processo.Risultati parziali attesi fase 2.1: Attrezzatura sperimentale e modello per il calcolo della forza di taglio in lucidatura per i 2 materiali oggetto di studio (Bianco Carrara e Perlato Coreno).

Risultati parziali attesi fase 2.2: Un modello di vita utensile ed una metodologia di validazione mediante prove sperimentali.

Risultati parziali attesi fase 2.3: Relazione tra l'usura della mola diamantata e le forze di taglioRisultati parziali attesi fase 3.1: Modello per la valutazione della tipologia di lavorazione superficiale (bocciardatura, sabbiatura, etc.) in funzione dei parametri di processo impostati.

Risultati parziali attesi fase 3.2: Modello energetico di asportazione nell'incisione in funzione dei parametri di processo. Sistema prototipale dedicato per la marcatura AWJ di pietra naturale.

Risultati parziali attesi fase 3.3: Sistema prototipale dedicato per la marcatura laser di piccole aree sulla superficie del prodotto in pietra naturale.

Risultati parziali attesi fase 3.4: Rapporto dettagliato e sintetico di valutazione delle tecniche di incisione esaminate. Progetto e prototipo di un sistema di visione per il riconoscimento dei caratteri sui campioni.Risultati parziali attesi fase 4: Sistema prototipale di controllo prodotto-processo basato sulla visione artificiale. Selezione e messa a punto di metodologie di prova per valutare le proprietà micro e macro-meccaniche dei provini forniti dai partner per i principali processi contemplati da questo progetto. Studio dell'applicabilità dei metodi di prova in produzione e delle eventuali estensioni alla produzione, all'ispezione in ingresso e alla valutazione dei nuovi materiali.Risultati parziali attesi: Modelli di ottimizzazione per la lavorazione delle superfici in pietra naturaleRisultati parziali attesi: Portale innovazione tecnologica nel settore delle tecnologie di lavorazione delle pietre naturali. Censimento di iniziative esistenti con evidenziazione dei relativi punti di forza e di debolezza. Valutazione dell'efficacia del portale con analisi ad esempio delle statistiche di accessi e/o esame di un caso di studio. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La finitura superficiale è una lavorazione fondamentale per lo sfruttamento delle possibilità espressive di un prodotto lapideo: il colore, la tessitura, la scabrezza, la rugosità, il disegno e tutti i possibili attributi estetici naturali di una roccia possono essere valorizzati, modificati o minimizzati, mediante opportuni trattamenti. Non di rado alcuni di essi portano, come conseguenza della loro applicazione, ad un miglioramento di alcune proprietà tecniche del materiale, come ad esempio la resistenza agli agenti atmosferici o l'assorbimento. Tuttavia la scelta della finitura di una superficie risulta sempre dalla somma di una serie di fattori, tra i quali assumono però importanza preponderante il risultato cromatico finale e, ovviamente, il costo.
Il processo di lavorazione tradizionale delle pietre naturali utilizza utensili diamantati. Il processo avviene attraverso la formazione di trucioli dovuta alla distruzione della consistenza del materiale ad opera dei diamanti costituenti l'utensile. L'interazione tra utensile e pietra genera delle forze di processo che dipendono dalle proprietà della pietra, dalle proprietà dell'utensile e dai parametri di processo. Forza ed energia di taglio sono dei parametri importanti per lo studio e l'ottimizzazione del processo di taglio. Queste hanno una influenza diretta sulle prestazioni dell'utensile, sull'usura, sulla temperatura e sulla qualità del taglio.
In letteratura esistono diversi lavori sul taglio delle pietre naturali. Jerro riporta un approccio matematico per definire la geometria teorica del truciolo prodotto dall'interazione tra il diamante e la pietra. [1]. Egli ha trovato sperimentalmente la relazione tra la forza di taglio e lo spessore massimo di truciolo nel taglio lineare di granito mediante dischi diamantati sinterizzati. Brach et al. hanno studiato la relazione tra le componenti della forza di taglio, misurata da un dinamometro, e la potenza assorbita dal mandrino [2]. Asche et al. mostrano uno studio empirico dell'influenza dei parametri di processo sull'usura [3]. Konstanty presenta un modello di taglio di pietre naturali mediante dischi diamantati sinterizzati [4]. Pai et al. mostrano la relazione tra la forza e l'energia di taglio, misurata sperimentalmente, e la forma del truciolo osservata mediante un microscopio a scansione [5]. Diversi sono gli studi sull'usura degli utensili diamantati utilizzati nel taglio delle pietre naturali.
Sulla scorta dei risultati degli studi sperimentali condotti da Luo [6] e Webb [7,8], Tonshoff [9] e Brook [10] hanno effettuato un'approfondita analisi del processo di asportazione mediante utensili diamantati. Le ipotesi formulate da Brook sul meccanismo di interazione tra grani e materiale lapideo hanno consentito lo sviluppo di un modello di usura [11,12] che si è rivelato in buon accordo con i risultati sperimentali prodotti da Luo [6]. Per il funzionamento di tale modello è necessario conoscere le velocità di usura massima dei grani e della matrice, che sono a loro volta funzioni dei parametri dell'utensile e del materiale in lavorazione. Per quanto riguarda quest'ultimo, Brook suggerisce la durezza Schmidt [13]. Nel corso delle successive indagini e sulla base dei risultati del lavoro sperimentale [14] il modello è stato successivamente calibrato utilizzando gli andamenti dell'usura rilevata sui dei singoli grani [15]. L'analisi del trend di usura di ciascun grano, sebbene molto laboriosa, si è rivelata un ottimo strumento di indagine per comprendere l'influenza dei paramentri dell'utensile e del materiale.
Veramente poco esiste, invece, in letteratura sull'ottimizzazione del taglio di pietre naturali. Li et al. riportano uno studio sull'ottimizzazione del taglio di granito mediante disco diamantato [16]. Essi valutano sperimentalmente i parametri di processo che consentono di ridurre i costi della lavorazione in relazione alla potenza necessaria per il taglio e all'usura dell'utensile. Invece, il problema della modellizzazione del processo di lucidatura delle pietre naturali con utensili diamantati non è stato affrontato finora. Gli unici lavori esistenti in letteratura sulla lucidatura delle pietre naturali sono di tipo strettamente sperimentale e riguardano per lo più la misura del grado di finitura superficiale ottenuta attraverso la lucidatura [17] oppure la misura della temperatura, attraverso termocoppie, all'interfaccia mola-pezzo che si sviluppa durante la lavorazione di lucidatura [18]. In alternativa sono stati studiati aspetti economici in riferimento alla lavorazione di lucidatura del granito da Gerald et al. [19].
In nessuno di questi lavori è stato possibile ricavare un modello in grado di valutare la forza di taglio e l'usura nelle lavorazioni di lucidatura delle pietre naturali.
Nell'ambito delle tecnologie di lavorazioni delle pietre naturali trova applicazione il getto d'acqua ad alta pressione. Il taglio a getto d'acqua ad altissima pressione rappresenta una delle tecniche più innovative e promettenti apparse sul mercato negli ultimi anni per risolvere le problematiche del taglio relative alla maggior parte dei materiali. Nel taglio mediante getto a acqua pura (Water Jet - WJ) è il fluido ad alta velocità a realizzare l'asportazione mentre nel taglio con getto idroabrasivo (Abrasive Water Jet - AWJ) il getto d'acqua ha unicamente lo scopo di trasferire la propria quantità di moto alle particelle di abrasivo, la cui azione abrasiva ed erosiva provoca l'asportazione di materiale.
Nell'ambito delle pietre naturali, il getto d'acqua ad alta pressione è stato recentemente utilizzato anche nelle operazioni di trattamento superficiale. In edilizia si è infatti definitivamente consolidata la tendenza ad usare manufatti con superfici grezze nei rivestimenti e nelle pavimentazioni esterne e sempre più frequentemente anche interne. La diffusione di questo tipo di trattamento, applicato ai marmi ed alle pietre ornamentali in genere, ma soprattutto al granito e alle rocce assimilate, ha ormai superato la percentuale del 25-30% rispetto alla totalità dei trattamenti di superficie.
Un'altra applicazione possibile della tecnologia WJ/AWJ nel settore delle pietre naturali è rappresentata dalla marcatura o incisione, argomento particolarmente attuale in questo periodo in quanto connesso alla rintracciabilità del materiale in ambiti di qualità della produzione. Allo stato attuale la marcatura dei prodotti lapidei viene realizzata mediante vernici depositate sulla superficie del materiale utilizzando delle apposite maschere metalliche. La marcatura AWJ dei materiali lapidei è ottenuta invece realizzando sulla superficie lucidata un solco non passante avente profondità correlabile all'energia del getto idroabrasivo. Tuttavia, allo stato attuale, la tecnologia di incisione AWJ è di difficile applicazione su materiali a struttura disomogenea, quali i marmi e i graniti.
In letteratura esistono alcuni lavori sulle lavorazioni superficiali delle pietre naturali mediante tecnologia AWJ. Monno et al. riportano uno studio sull'erosione provocata da pochi grani di abrasivo sulla pietra [20]. Bortolossi et al. mostrano la relazione tra i parametri di processo e le caratteristiche della lavorazione superficiale ottenuta mediante AWJ [21]. Carrino et al. riportano uno studio sulle lavorazioni superficiali mediante AWJ [22]. La letteratura sul taglio AWJ di pietre naturali è più ricca rispetto alle lavorazioni superficiali [23,26]. In questi lavori sono stati affrontati studi sperimentali sul taglio AWJ di pietre naturali.
Per quanto concerne la tecnologia laser, essa viene oggi impiegata nel settore delle pietre ornamentali per la pulizia di monumenti e per incisioni artistiche. Il laser permette la rimozione dello strato superficiale alternato e del deposito superficiale di contaminanti, riducendo al minimo gli effetti indesiderati sul substrato. Il minor grado di invasività permette la pulizia anche in condizioni di estrema fragilità dell'opera, dove le normali tecniche meccaniche potrebbero produrre danneggiamenti irreparabili. Un altro esempio di uso del laser nell'ambito delle pietre ornamentali è la marcatura laser dei materiali lapidei che viene ottenuta realizzando, sulla superficie lucidata, una serie di microfori i quali generano un contrasto visivo unico, impossibile da ottenere con qualsiasi altro metodo. Questo effetto raggiunge la massima espressione quando vengono impiegati graniti neri a grana molto fine in quanto con essi si riescono ad ottenere tonalità di grigio molto diverse a seconda della profondità del microcratere. La difficoltà di marcare superfici chiare e non lucide, unite agli studi sull'interazione del fascio laser con la pietra naturale ai fini di una modellizzazione del meccanismo di formazione del solco di incisione sono gli argomenti di interesse di questo progetto. Infatti, anche se esistono differenti modelli di taglio laser, nessuno di questi è stato mai applicato alle lavorazioni delle pietre naturali. Differenti modelli consentono di prevedere la forma e la dimensione del solco di taglio generato dal laser basandosi su un bilancio energetico tra l'assorbimento superficiale, l'energia di fusione, e riscaldamento del materiale per conduzione per i metalli (Buinting [27], Beyer [28], Petring [29] e Schulz [30]). Tali modelli assumono una larghezza di taglio costante e pari al diametro del raggio, un fronte di avanzamento del taglio semicircolare e un angolo di inclinazione costante del fronte di taglio. L'assorbimento della radiazione in funzione dell'orientamento del fronte di taglio è stato sviluppato da Petring sempre per i metalli [31]. La reazione tra un getto gassoso coassiale e il fronte di taglio venne studiata da Vicanek [32] attraverso un bilancio bidimensionale di massa e di energia nello strato di fusione. Tale modello considerava la diffusione di particelle liquide come il principale meccanismo di rimozione del materiale. Schuocker [33] analizzando le oscillazioni del kerf nel tempo studiò gli effetti dinamici della formazione delle striature nel taglio laser. Modelli di trasmissione del calore rivolti al taglio per evaporazione e per fusione di metalli furono sviluppati da Chryssolouris [34], Modest [35]. La profondità e la forma del solco venivano stimate in funzione della potenza, del diametro del fascio, e della velocità di taglio attraverso un bilancio energetico tra l'energia incidente, quella necessaria alla trasformazione di fase e quella di conduzione. Nel modello di Modest [35] la zona di interazione materiale-raggio viene divisa in tre regioni: una primaria di interazione col raggio, una zona di evaporazione e una terza dove si è formato il solco di taglio. In Chryssolouris [36] la forma del fronte di erosione era dipendente dalla densità di energia incidente e venivano considerate tre soluzioni: a bassa, media e alta densità di energia. Cai and Sheng [37] presentano un modello generalizzato che descrive il meccanismo di taglio laser per fusione ed evaporazione. Un unico lavoro esiste sul taglio laser delle pietre naturali di natura strettamente sperimentale [38]. In questo articolo vengono presentate le massime profondità di taglio trovate sperimentalmente nel taglio di lastre in pietra naturale al variare dei parametri di processo (velocità di taglio ed avanzamento). Recentemente sono stati condotti studi da parte del Fraunhofer Institute Werkstuff und Stahltlchnik sull'incisione di micro-crateri sulla superficie in pietra naturale invisibili ed intangibili al tatto.
In questo modo è stata fornita una finitura antiscivolo, su superfici lucidate in pietra naturale, senza visibilmente danneggiare la qualità estetica delle superfici, quali la brillantezza e l'intensità del colore. I ricercatori di questo Istituto hanno sviluppato un apparecchio portatile basato sull'utilizzo di laser collimato, con uno spot avente un diametro di circa 100 micron, per trattare piastrelle già poste in opera.
Per quanto riguarda il controllo di qualità del prodotto riveste un ruolo fondamentale la visione artificiale. La visione artificiale e` nata con la robotica negli anni settanta e si e` sviluppata in maniera crescente nel campo della robotica industriale e dell'automazione negli ultimi due decenni. Le prime massicce applicazioni sono avvenute nell'industria elettronica. Con la rapida evoluzione delle tecnologie dell'informazione, questi sistemi stanno diventando sempre piu` interessanti per un numero crescente di applicazioni industriali e oggi rappresentano un settore di punta nel campo della produzione. Tra i sensori impiegati nell'industria, i sistemi di visione artificiale sono quelli di impiego piu` generale e sono strumenti flessibili che possono automatizzare con successo una delle piu` potenti capacita` sensoriali dell'uomo.
Il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione (DIMNP) vanta una prolungata e diversificata esperienza nelle applicazioni dei sistemi di visione artificiale in campo industriale, realizzate presso il proprio laboratorio di Visione Industriale. Una rassegna di tali realizzazioni è stata presentata nella forma di Technical Report al Scientific and Technical Committee Assembly (STC "A") del Cirp [39].
Presso il DIMNP è stato svolto uno studio, che si potrebbe definire pionieristico, che ha portato alla realizzazione del prototipo di un sistema di visione per la classificazione di piastrelle di marmo compiuta sia con un approccio di tipo statistico, sia facendo uso di reti neurali [40]. Tale studio è stato poi esteso ad altri materiali lapidei come il granito [41] e all'analisi dei difetti [42].
Le tecniche di visione artificiale sono state applicate anche ad una pluralità di processi come ausilio per l'automazione e il controllo, di cui vengono elencate le più significative.
- Per le operazione robotizzate assistite tramite visione artificiale in campo tridimensionale è necessaria l'implementazione di sofisticati modelli per la descrizione della configurazione geometrica e del comportamento dei diversi componenti del sistema di visione (telecamera/e, lenti, ecc.). In [43] sono stati proposti due metodi per la localizzazione basati su approcci radicalmente diversi: il primo con reti neurali e singola telecamera, il secondo, sviluppato in collaborazione con l'Università di Stanford, per risolvere il problema delle corrispondenze tra immagini stereo.
- E' stato sviluppato e applicato un metodo di calibrazione e localizzazione tridimensionale stereo basato su reti neurali e la relativa estensione al caso di tre telecamere [44]. Tale sistema opera in tempo reale ed è in grado di ricostruire la posizione nello spazio dell'oggetto osservato.
- Con particolare riferimento al montaggio, è stato proposto un sistema integrato tra un sensore di forza e di visione, per il problema peg-in-hole.
- E' stato proposto un metodo per aumentare la precisione nel rilevamento della posizione di oggetti in 3-D in moto lungo traiettorie note a priori.
- E' stato proposto un metodo semplice per l'acquisizione di profili bidimensionali da prototipi in legno al fine di programmarne il ciclo di lavorazione alle macchine utensili.
Nell'ambito del Progetto Nazionale biennale SPI, è stato realizzato presso il DIMNP un sistema di controllo on-line di saldature per una cella automatizzata.
L'analisi dello stato dell'arte appena esposto fa emergere la completa assenza di modelli per l'ottimizzazione delle lavorazioni superficiali, sia tradizionali che innovative, di pietra naturale. A questo si affianca l'importanza del settore delle pietre naturali nell'economia nazionale ed internazionale. I sistemi economici nazionali hanno infatti sottolineato l'importanza di questo settore attraverso la creazione dei Distretti industriali delle pietre del Lazio e di Carrara. <<<