Sviluppo e validazione di un sistema ottico per la ricostruzione morfologica 3D degli utensili da taglio

In the current manufacturing context, tool presetting systems still rely mainly on two-dimensional optical measurements, which are effective for inspecting projected profiles but limited when the objective is to describe the actual morphology of the cutting edge. Within this framework, this thesis aims to identify the technology best suited to support an evolution of industrial presetting toward a three-dimensional measurement approach. The work is based on a comparative study of the main three-dimensional acquisition technologies applicable to the inspection of cutting tools. Among the solutions considered, laser triangulation and structured light proved to be the most promising in terms of metrological sensitivity and compatibility with industrial constraints. On this basis, an experimental validation phase was carried out through static tests on certified gauge blocks and industrial tools, aimed at evaluating repeatability, spatial dispersion, and robustness in the presence of reflective metallic surfaces. Building on this validation phase, the main contribution of the thesis consists in the development of a workflow dedicated to the three-dimensional reconstruction of cutting tools from multiple acquisitions. The proposed procedure makes it possible to align and merge partial scans into a common tool-centered reference system and to interactively extract local sections for the geometric analysis of functional surfaces. The results obtained with laser triangulation show that, through four angular scans, it was possible to obtain coherent and metrically meaningful 3D reconstructions, from which local profiles were extracted. Structured light, by contrast, exhibited higher surface noise, lower useful coverage per view, and less robust multi-view reconstruction. Overall, laser triangulation proved to be the most suitable technology for a three-dimensional extension of industrial tool presetting.

Nel contesto manifatturiero attuale, i sistemi di presetting degli utensili si basano ancora prevalentemente su misure ottiche bidimensionali, efficaci per l’ispezione di profili proiettati ma limitate quando l’obiettivo è descrivere la reale morfologia del tagliente. In questo quadro, la presente tesi si propone di individuare la tecnologia più adatta a supportare un’evoluzione del presetting industriale verso una modalità di misura tridimensionale. Il lavoro si basa su uno studio comparativo delle principali tecnologie di acquisizione tridimensionale applicabili all’ispezione di utensili da taglio. Tra le soluzioni considerate, triangolazione laser e luce strutturata sono risultate le più promettenti in termini di sensibilità metrologica e compatibilità con i vincoli industriali. Su questa base è stata condotta una fase di validazione sperimentale mediante prove statiche su blocchetti pianparalleli certificati e su utensili industriali, finalizzata alla valutazione di ripetibilità, dispersione spaziale e robustezza in presenza di superfici metalliche riflettenti. A partire da questa fase di validazione, il contributo principale della tesi consiste nello sviluppo di un workflow dedicato alla ricostruzione tridimensionale di utensili da taglio da acquisizioni multiple. La procedura proposta consente di allineare e unire scansioni parziali in un sistema di riferimento comune centrato sull’utensile e di estrarre interattivamente sezioni locali per l’analisi geometrica delle superfici funzionali. I risultati ottenuti con la triangolazione laser mostrano che, mediante quattro scansioni angolari, è stato possibile ottenere ricostruzioni 3D coerenti e significative, dalle quali sono stati estratti profili locali. La luce strutturata, al contrario, ha evidenziato maggiore rumore superficiale, minore copertura utile per vista e una ricostruzione multivista meno robusta. Nel complesso, la triangolazione laser si è dimostrata la tecnologia più adatta per l’evoluzione 3D del presetting.