Realizzazione di un dispositivo per l'analisi sperimentale dell'errore di acquisizione di un laser scanner in funzione di parametri geometrici

Ogni strumento di misura è normalmente accompagnato dal certificato di calibrazione del produttore che ne definisce le prestazioni metrologiche, indispensabili per il controllo dello strumento in fase di utilizzo.
Nel caso di sistemi per acquisizione tridimensionale senza contatto è indispensabile conoscere a priori non solo il campo di presa in funzione della distanza dall'oggetto, ma anche altre caratteristiche metrologiche senza le quali non si possiede il controllo dello strumento e difficilmente si può valutare in maniera esaustiva la qualità del rilievo.
Purtroppo la mancanza di standard di riferimento implica che, spesso, ogni produttore fornisca dati diversi, disomogenei ed incompleti, senza spiegarne la modalità di valutazione. D'altro canto il processo di calibrazione di uno strumento richiede l'attuazione di procedure complesse tramite l'ausilio di strumenti sofisticati. Per questo negli ultimi anni il mondo della ricerca ha tentato di affermare da un lato l'importanza della tracciabilità metrologica di un processo di acquisizione ed elaborazione dei dati, dall'altro la definizione di metodologie a basso costo che permettano di ottenere una caratterizzazione dei sistemi di acquisizione con un buon livello di affidabilità.
La qualità del livello di caratterizzazione raggiunta dipende in gran parte dalla correttezza del processo metodologico, il quale deve tener conto sia dell'ambiente nel quale avviene il rilievo, sia della qualità metrologica degli oggetti di test che vengono acquisiti.
Quindi, la metodologia seguita in questa tesi si rifà agli studi condotti dall'Ingegner Guidi [8]: nell'articolo tecnico da lui pubblicato viene proposta una sperimentazione che permette di ricavare e controllare i parametri di precisione, risoluzione e accuratezza di un qualunque scanner 3D. In questo modo, allora, si è in grado di verificare e completare i dati metrologici forniti nel catalogo dalle aziende produttrici di tali strumenti di misura.
Il sistema di caratterizzazione descritto nell'articolo è costituito dai seguenti elementi:
- laser scanner 3D da calibrare;
- piano di riferimento per i test;
- software di elaborazione dati (Matlab).
In particolare, il piano di riferimento su cui verranno eseguite la scansioni deve essere certificato: si utilizza un qualunque oggetto definito da una forma nota (di solito un piano calibrato), di cui si conoscono le dimensioni e le caratteristiche geometriche con una precisione superiore almeno di un ordine di grandezza rispetto alle prestazioni dello strumento che si vuole analizzare.
Normalmente questa certificazione può avvenire in due modi:
- direttamente dal processo di produzione di quell'oggetto che necessita particolari vincoli di produzione;
- grazie all'ausilio di strumenti di rilievo come le Coordinate Measuring Machines (CMM) che forniscono misure con una precisione micrometrica.

In breve, nella prima parte della sperimentazione, attraverso il software Matlab, è possibile determinare in maniera sufficientemente rigorosa la precisione e la risoluzione dei punti all'interno delle range map acquisite durante le scansioni del piano di riferimento.
La seconda fase del processo metodologico, invece, riguarda la definizione del parametro di accuratezza. Quest'ultima si può valutare solo dopo aver distinto le due differenti tipologie di errore: quello aleatorio e quello sistematico. Gli effetti di rumore dati dalla prima tipologia, possono essere ridotti determinando un numero ottimale di scansioni ed isolando, così, la componente sistematica, consentendone una sua determinazione. La porzione random viene, alla fine, eliminata filtrando ogni singola scansione ed è dagli errori aleatori che è possibile ricavare l'accuratezza del laser scanner.
Al termine di questa sperimentazione si ottiene una tabella sinottica sui parametri caratteristici legati al campo di presa corrispondente, la quale va a completare le informazioni per ogni distanza di misura e garantisce un maggiore controllo sia nella fase di redazione di un progetto di rilievo, sia di verifica a posteriori dei dati acquisiti.