Sviluppo e convalida di un sistema di misurazione ottica per il preset degli utensili

In today’s manufacturing landscape, rigorous verification of cutting tool geometry is essential to ensure efficiency and tight tolerances in CNC machining. Currently, industrial presetting systems rely mostly on two-dimensional optical vision technologies which, despite being able to extract macro-geometries such as maximum diameters, are unable to detect volumetric parameters crucial to cutting performance, such as the rake angle and the clearance angle. This thesis proposes the development and integration of an automated 3D measurement system to overcome these limitations. Following a comparative analysis of optical technologies, laser triangulation was selected as the optimal architecture to balance micrometre-level accuracy, measurement field of view and scanning speed. The sensor was initially subjected to rigorous laboratory validation to test its performance, stability and repeatability on highly reflective metal surfaces, characteristics typical of cutting edges. The device was subsequently physically integrated into a Speroni presetting machine. To enable automated data extraction independent of the operator, a processing algorithm based on Iterative Robust Fitting was developed. Starting from a user-defined Region of Interest (ROI), the algorithm autonomously filters out optical noise and geometric irregularities, iteratively discarding outliers based on a definable threshold, until it converges robustly on the actual cutting edge segment Experimental tests conducted on industrial samples have confirmed the system’s excellent reliability, achieving accurate measurements with standard deviations close to zero. In addition to eliminating operator dependency, the algorithm successfully identified a manufacturing geometric anomaly in one of the analysed parts, demonstrating the system’s effectiveness as an advanced diagnostic tool for quality control and 3D presetting.

Nel moderno panorama manifatturiero, la verifica rigorosa della geometria degli utensili da taglio è essenziale per garantire efficienza e tolleranze ristrette nelle lavorazioni CNC. Attualmente, i sistemi di presetting industriale si basano prevalentemente su tecnologie di visione ottica bidimensionale che, nonostante siano in grado di estrarre macro-geometrie come i diametri massimi, sono incapaci di rilevare parametri volumetrici cruciali per le prestazioni di taglio, come l'angolo di spoglia e l'angolo di petto. Questa tesi propone lo sviluppo e l'integrazione di un sistema di misurazione 3D automatizzato per superare tali limitazioni. A seguito di un'analisi comparativa delle tecnologie ottiche, la triangolazione laser è stata selezionata come l'architettura ottimale per bilanciare precisione micrometrica, ampiezza del campo di misura e velocità di scansione. Il sensore è stato inizialmente sottoposto a una rigorosa validazione di laboratorio per testarne le performance, la stabilità e la ripetibilità su superfici metalliche altamente riflettenti, caratteristiche tipiche dei taglienti. Successivamente, il dispositivo è stato integrato fisicamente su una macchina di presetting Speroni. Per permettere un'estrazione dei dati automatizzata e indipendente dall'operatore, è stato sviluppato un algoritmo di elaborazione basato su Iterative Robust Fitting. Partendo da una Region of Interest (ROI) definita dall'utente, l'algoritmo filtra autonomamente il rumore ottico e le irregolarità geometriche, scartando iterativamente gli outlier in base a una soglia definibile, fino a convergere in modo robusto sul reale segmento del tagliente I test sperimentali condotti su campioni industriali hanno confermato l'ottima affidabilità del sistema, restituendo misurazioni accurate con deviazioni standard prossime allo zero. Oltre a eliminare la dipendenza dall'operatore, l'algoritmo ha permesso di identificare con successo un'anomalia geometrica di fabbricazione in uno dei pezzi analizzati, dimostrando l'efficacia del sistema come strumento diagnostico avanzato per il controllo qualità e il presetting 3D.