Misura di Gap e Flush mediante triangolazione laser: confronto tra dati sperimentali e simulazione numerica

In the context of modern Industry 4.0, quality control of gap and flush parameters in automotive assembly plays a crucial role for both aesthetic and functional reasons, directly impacting aerodynamics, sound insulation, and vehicle sealing. Although modern optical systems based on laser triangulation offer rapid, non-contact solutions that overcome the limitations of traditional mechanical tools, they remain susceptible to inherent physical misalignments and optical disturbances linked to the characteristics of the surfaces being analyzed. This thesis aims to complement a physical measurement prototype—designed to simulate the geometry and perspective of a wearable device (smart glasses) for assembly line operators—with a "digital twin" developed in a Python environment. The goal is to isolate, quantify, and compensate for discrepancies between the theoretical mathematical model and the actual hardware. Methodologically, a test setup was constructed comprising a monochromatic industrial camera and a violet-light laser projector with a cross-hair profile, aimed at samples with known gap and flush values. Concurrently, the simulator generated ideal, noise-free projections of the light beam onto the same surfaces. Data were acquired across various test configurations, followed by visual overlay and analytical comparison of the real and synthetic images. The comparative analysis confirmed, first and foremost, that the simulator’s inverse kinematics and triangulation equations align perfectly with physical reality. Secondly, the discrepancies observed in the misaligned configurations demonstrated the virtual model's ability to serve as a diagnostic tool: the comparison made it possible to isolate and quantitatively measure systematic errors in the physical setup—such as positioning tolerances, physiological beam broadening due to surface scattering, and a roll angle error in the laser optic mounting ranging from 1.5° to 3.7°. In conclusion, the developed digital twin proved to be a robust and flexible solution, laying a solid foundation for the future calibration, optimization, and automation of wearable inspection systems.

Nel contesto dell'odierna Industria 4.0, il controllo qualità dei parametri di Gap e Flush nell'assemblaggio automobilistico riveste un ruolo cruciale sia per ragioni estetiche che funzionali, impattando direttamente sull'aerodinamica, sull'isolamento acustico e sulla tenuta del veicolo. Sebbene i moderni sistemi ottici basati sulla triangolazione laser offrano soluzioni rapide e non a contatto, superando i limiti degli strumenti meccanici tradizionali, essi rimangono vulnerabili a fisiologici disallineamenti fisici e a disturbi ottici legati alle caratteristiche delle superfici analizzate. Il presente lavoro di tesi si pone l'obiettivo di affiancare a un prototipo fisico di misurazione, ideato per simulare le geometrie e la prospettiva di un dispositivo indossabile (smart glasses) per operatori in linea, un "gemello digitale" sviluppato in ambiente Python, al fine di isolare, quantificare e compensare le discrepanze tra il modello matematico teorico e l'hardware reale. Dal punto di vista metodologico, è stato allestito un banco di prova costituito da una telecamera industriale monocromatica e un proiettore laser a luce violetta con profilo a croce, puntati su campioni con valori noti di Gap e Flush. Parallelamente, il simulatore ha generato proiezioni ideali e prive di rumore del fascio luminoso sulle medesime superfici. Acquisendo i dati in differenti configurazioni di test, si è proceduto alla sovrapposizione visiva e all'analisi analitica delle immagini reali con quelle sintetiche. L'analisi comparativa ha confermato in primo luogo la totale aderenza della cinematica inversa e delle equazioni di triangolazione del simulatore alla realtà fisica. In secondo luogo, le divergenze riscontrate nelle configurazioni disallineate hanno evidenziato la capacità del modello virtuale di fungere da strumento diagnostico: la comparazione ha infatti permesso di isolare e misurare quantitativamente gli errori sistematici del setup fisico, come le tolleranze di posizionamento, il fisiologico allargamento del fascio dovuto allo scattering superficiale, e un errore angolare di rollio nel montaggio dell'ottica laser compreso tra i 1,5° e 3,7°. In conclusione, il gemello digitale sviluppato si è dimostrato una soluzione robusta e flessibile, ponendo delle solide basi per la futura taratura, ottimizzazione e automazione dei sistemi di ispezione indossabili.