BR112017028018B1

BR112017028018B1 - Sistema para medir as características ópticas de uma placa de vidro curvada e método para medir as características ópticas de uma placa de vidro curvada

Info

Publication number: BR112017028018B1
Application number: BR112017028018-3A
Authority: BR
Inventors: Jason C. Addington; Michael J. Vild; Benjamin L. Moran
Original assignee: Glasstech, Inc.
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2021-04-13
Also published as: US9470641B1; BR112017028018A2; WO2016209409A1; US9846129B2; CA2990844A1; EP3314236A1; MX2018000277A; US20170003232A1; CN107735671A; EP3314236A4

Abstract

sistema e método para medir distorção óptica refletida de uma placa de vidro curvada . um sistema para medir distorção óptica numa placa de vidro contornada inclui um transportador para transportar a placa de vidro numa primeira direção, pelo menos uma tela que projeta um padrão de contraste multifásico não repetido pré-selecionado e, pelo menos, uma câmera, cada uma das câmeras emparelhadas unicamente com uma das telas. o sistema também pode incluir um controle programado para executar lógica para controlar cada uma das câmeras para adquirir as imagens pretendidas e lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir uma definição da superfície da placa de vidro e lógica para realizar uma ou mais operações de processamento óptico nos dados de superfície para analisar as características ópticas da placa de vidro.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta invenção refere-se a um processo e a um aparelho para medir distorção óptica refletida em placas de vidro.

ANTECEDENTES

[002] Os fabricantes de placas de vidro, particularmente placas de vidro formadas em várias formas curvadas para uso como para-brisas automotivos, óculos traseiros e óculos laterais, estão interessados em medir e avaliar a quantidade de distorção óptica nas placas formadas que podem ser percepcionadas por um observador humano, tal como o operador ou o passageiro em um veículo no qual o vidro pode ser montado como para-brisa, óculo traseiro ou óculo lateral.

[003] São conhecidos vários tipos de sistemas de inspeção óptica de placa de vidro. Um sistema de inspeção óptica conhecido é divulgado na Publicação de Pedido dos Estados Unidos n.° 2012/0098959 A1, pedido esse que é também cedido ao cessionário da invenção aqui divulgada. Este sistema de inspeção óptica divulgado adquire imagens de um padrão de contraste pré-definido transmitido através da placa de vidro, e pode ser implementado em um laboratório (ou seja, fora da linha) ou em uma configuração em linha na qual o sistema de inspeção é montado para inspecionar as placas de vidro à medida que estão sendo transportadas em um sistema de processamento, tal como, por exemplo, um sistema de aquecimento, flexão e arrefecimento de placas de vidro.

[004] As características ópticas de uma placa de vidro também podem ser medidas através da aquisição e análise de dados de imagem correspondentes à imagem de um padrão de contraste predefinido que é refletido a partir de uma das superfícies da placa de vidro. Por conseguinte, é desejável, pelo menos para esta finalidade, desenvolver um sistema e um processo para adquirir rapidamente dados correspondentes à superfície de uma placa de vidro e analisar os dados de superfície adquiridos para avaliar e reportar as características ópticas da placa de vidro, particularmente quando a placa de vidro está sendo transportada em um transportador entre ou após a flexão, arrefecimento ou outras operações de processamento.

SUMÁRIO

[005] O sistema e o processo divulgados para medir a distorção óptica em uma placa de vidro contornada incluem, como componentes, (1) um sistema e processo para adquirir dados de superfície tridimensionais correspondentes à placa de vidro e (2) um sistema e processo para receber os dados de superfície adquiridos e efetuar uma ou mais operações de processamento óptico para analisar as características ópticas da placa de vidro.

[006] O sistema de aquisição de dados de superfície pode incluir um transportador para transportar a placa de vidro numa primeira direção geralmente paralela à primeira dimensão da placa de vidro, pelo menos uma tela que projeta um padrão de contraste pré-selecionado e pelo menos uma câmera, cada uma das câmeras unicamente emparelhada com uma das telas, em que cada par de tela e câmera está montado em uma relação espaçada entre uma distância e um ângulo conhecidos da superfície da placa de vidro, de modo que a câmera detecta a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro de sua tela associada.

[007] O sistema de aquisição de dados de superfície pode, em uma modalidade, incluir duas ou mais câmeras, cada uma das câmeras sendo unicamente emparelhada com uma das telas, tal como acima descrito, em que cada um dos pares de tela e câmera está espaçado um do outro pelo menos numa segunda direção através da segunda dimensão da placa de vidro, de modo que cada câmara detecta a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro apenas a partir da sua tela associada, e em que os padrões detectados pelas duas ou mais câmeras em conjunto cobrem toda a superfície na direção da segunda dimensão da placa de vidro.

[008] O sistema de aquisição de dados de superfície também pode incluir um controle programável incluindo pelo menos um processador programado para executar lógica para controlar cada uma das câmeras para adquirir pelo menos uma imagem do padrão refletido da tela associada na placa de vidro à medida que a placa de vidro é transportada através do caminho do padrão projetado na primeira direção e lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas duas ou mais câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro.

[009] O sistema de processamento óptico divulgado pode incluir pelo menos um processador incluindo lógica para receber os dados de imagem capturados e executar uma ou mais operações de processamento óptico para analisar as características ópticas da placa de vidro e exibir ou de outra forma reportar informações selecionadas associadas à análise.

[010] O sistema para medir distorção óptica pode utilizar um único computador que controla o transportador e o funcionamento das câmeras e inclui a lógica de aquisição de dados de superfície anteriormente descrita, assim como lógica de processamento de distorção óptica. Em alternativa, o controle do transportador, os controles de câmera, a aquisição de dados de superfície e o processamento óptico podem ser integrados, mas implementados em processadores separados ou múltiplos, em um ou mais controladores de lógica programáveis e/ou computadores.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] A figura 1 é uma vista de extremidade parcial esquemática de uma modalidade do sistema de inspeção óptica de placa de vidro divulgado mostrando quatro dos sete écrans utilizados nesta modalidade;

[012] A figura 2 é uma vista em planta esquemática do sistema de inspeção óptica de placa de vidro divulgado da figura 1;

[013] A figura 3 é uma vista esquemática de um padrão de três frequências que pode ser utilizado numa modalidade do sistema de inspeção óptica;

[014] A figura 4 é uma vista esquemática de um padrão de duas frequências que pode ser utilizado em outra modalidade do sistema de inspeção óptica;

[015] A figura 5 é uma vista esquemática de topo do arranjo de múltiplos pares de tela/câmera mostrados na figura 2, incluindo a orientação angular das telas/câmeras para uma peça de vidro específica;

[016] A figura 6 é uma vista de cima de uma placa de vidro curvada específica ilustrando as áreas da superfície de placa de vidro analisadas por cada um dos pares de tela/câmera utilizados no sistema da figura 1;

[017] A figura 7 é um fluxograma descrevendo a lógica utilizada em uma modalidade do sistema de inspeção óptica divulgado;

[018] A figura 8 é uma ilustração esquemática dos parâmetros geométricos pertinentes que podem ser utilizados para determinar a elevação de um único ponto na superfície da placa de vidro de acordo com as etapas representadas na figura 9;

[019] A figura 9 é um fluxograma que descreve a lógica de resolução de ponto de superfície utilizada em uma modalidade da porção de aquisição de dados de superfície do sistema;

[020] A figura 10 é um diagrama esquemático de uma modalidade do sistema de inspeção óptica divulgado instalado em linha em uma linha típica de formação e têmpera de vidro automotivo; e

[021] A figura 11 é um diagrama esquemático de outra modalidade do sistema de inspeção óptica divulgado instalado em linha em uma linha de formação de para-brisas automotivos típica.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[022] Tal como exigido, são aqui divulgadas modalidades detalhadas da presente invenção. No entanto, deve ser entendido que as modalidades descritas são meramente exemplificativas da invenção, que podem ser incorporadas em várias formas e em formas alternativas. As figuras não são necessariamente à escala; alguns aspectos característicos podem ser exagerados ou minimizados para mostrar detalhes de componentes específicos. Portanto, os detalhes estruturais e funcionais específicos aqui divulgados não devem ser interpretados como limitativos, mas apenas como uma base representativa para ensinar um perito na técnica a empregar de maneira variada a presente invenção.

[023] Fazendo referência à figura 1, é divulgado um sistema de inspeção óptica de placa de vidro, indicado de um modo geral como 10, e inclui um transportador 12 que transporta a placa de vidro G numa primeira direção sensivelmente paralela a uma primeira dimensão da placa de vidro. Na modalidade representada, a placa de vidro contornada G é um para-brisas ou óculo traseiro do veículo sensivelmente retangular, tendo uma primeira dimensão que é a dimensão relativamente menor (e que pode ser referida em alternativa como a altura) e uma segunda dimensão relativamente maior (que pode ser referida como a largura). A placa de vidro G é curvada em torno de um ou mais eixos de curvatura que são geralmente paralelos à primeira direção. O transportador 12 pode ser um transportador único dedicado somente ao transporte da placa de vidro G através do sistema de inspeção óptica 10 que pode ser configurado e/ou operado como um sistema de inspeção óptica autônomo. Em alternativa, o transportador 12 pode ser um de uma série de transportadores que transportam a placa de vidro através de uma variedade de estações de processamento, tais como, por exemplo, aquecer, formar e recozer ou temperar estações encontradas em sistemas automotivos e/ou arquitetônicos típicos de fabrico de placa de vidro solar.

[024] O sistema de inspeção óptica 10 representado nas figuras 1 e 2 também inclui duas ou mais telas 14-24. Cada tela projeta um padrão de contraste, tal como, por exemplo, os padrões mostrados nas figuras 4 e 5, padrão esse que é projetado na superfície da placa de vidro à medida que é transportada por baixo das telas. O sistema 10 representado também inclui duas ou mais câmeras 28 - 40. Cada uma das câmeras 28 - 40 é unicamente emparelhada com uma de cada uma do número correspondente de telas 14 - 26. Na modalidade representada do sistema 10 é formada uma abertura no centro de cada uma das telas 14 - 26. A câmera associada a uma tela específica está montada de modo que a abertura de visualização da câmera se estenda através da abertura em sua tela associada, de modo que o acesso de visualização principal da câmera seja normal à superfície do écran. É claro que os peritos na técnica entenderão que, em alternativa, cada câmara pode estar disposta em outros locais em relação à sua tela associada, desde que a câmera esteja posicionada para detectar a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro a partir dessa tela, e não detecte imagens refletidas de padrões projetados de outras telas em seu campo de visualização.

[025] Fazendo ainda referência às figuras 1 e 2, o número e a colocação das telas dependem do tamanho das telas, assim como da largura e da curvatura da placa de vidro. Na modalidade representada do sistema 10, os pares de câmera/tela estão posicionados de modo que o eixo principal de visualização de cada câmera seja geralmente normal à superfície da placa de vidro. O número total de pares de câmera/tela deve ser suficiente, de modo que o número total de padrões projetados abranja toda a largura da superfície da peça da placa de vidro a ser analisada.

[026] Fazendo novamente referência à figura 1, o sistema de inspeção óptica 10 também inclui um controle programável, representado nesta modalidade como um computador 42, que inclui pelo menos um processador programado para detectar a placa de vidro à medida que avança no transportador, controlar cada uma das câmeras 28 - 40 para adquirir uma ou mais imagens do padrão refletidas na superfície da placa de vidro, à medida que é transportado por baixo das câmeras/telas, construir a definição da superfície da placa de vidro e efetuar a análise de distorção óptica pretendida (utilizando, por exemplo, a técnica representada e descrita nas figuras 7-9, e como se descreve mais adiante). Em quaisquer modalidades do sistema 10 (tal como a modalidade representada nas figuras), onde o campo de visualização de uma câmara em qualquer zona de largura é menor do que a primeira dimensão (altura) da placa de vidro, o controle do sistema pode ser programado para adquirir múltiplas imagens à medida que o vidro é transportado na primeira direção. Será entendido que o número de imagens adquiridas por cada câmera deve ser suficiente para que a informação de superfície desenvolvida a partir de cada imagem (conforme descrito a seguir) possa ser combinada para formar uma descrição de toda a superfície a toda a altura (ou seja, na direção de transporte) da placa de vidro.

[027] Nos casos em que, tal como na modalidade representada, as câmeras são montadas com a sua abertura de visualização que se estende através de uma abertura na tela, o controle do sistema 42 pode ser programado para adquirir imagens múltiplas à medida que o vidro é transportado na primeira direção para assegurar que uma imagem do padrão refletido é obtida em uma imagem anterior ou posterior da placa móvel para a parte da superfície da placa de vidro que, em qualquer uma das imagens capturadas, está na área de reflexão da abertura de tela. Mais uma vez, será entendido que o número de imagens adquiridas por cada câmera também deve ser suficiente para que a informação de superfície desenvolvida a partir de cada imagem (conforme descrito a seguir) possa ser combinada para formar uma descrição de toda a superfície a toda a altura na área em que uma única imagem pode incluir uma imagem da abertura de tela em vez do padrão refletido.

[028] As descrições de superfície para cada uma das câmeras são combinadas de forma semelhante para formar uma descrição de toda a superfície a toda a largura (ou na área de interesse na direção da largura) da placa de vidro.

[029] Fazendo referência à figura 3, em uma modalidade, o padrão de tela é um padrão de três frequências construído por sobreposição de três padrões sinusoidais de frequência diferentes em cada uma das direções x e y do sistema de coordenadas utilizado pela lógica do sistema. Deve notar- se que, na modalidade ilustrada, os eixos do sistema de coordenadas x-y são escolhidos para serem orientados de modo a coincidirem com os eixos x e y da tela (e, do mesmo modo, o eixo y é paralelo à direção de deslocamento do transportador e o eixo x é ortogonal à direção de deslocamento do transportador).

[030] Os padrões sinusoidais são escolhidos e combinados para garantir que a porção do padrão resultante que aparece na tela não seja repetitivo, garantindo assim que, para os dados de imagem recolhidos, cada pixel no campo de visualização da câmera corresponderá exclusivamente a um único ponto na tela. Cada uma das três frequências pode ser de valores relativamente primordiais e são selecionadas de modo que estejam espaçadas no interior do envelope de frequências vinculadas pelos limites de frequência mínimos e máximos da óptica da câmera.

[031] A imagem deste padrão de três frequências refletido a partir da superfície da placa de vidro pode então ser desconstruída matematicamente em três imagens de frequência única em cada uma das direções x e y. As informações de fase correspondentes a cada uma das três frequências podem depois ser isoladas e utilizadas como descrito a seguir para desenvolver uma descrição precisa da superfície da placa de vidro.

[032] Em outra modalidade, ilustrada na figura 4, pode ser utilizado um padrão de duas frequências. Este padrão de duas frequências pode ser construído por sobreposição de dois padrões sinusoidais de frequência diferentes em cada uma das duas direções ortogonais que são feitas girar (ou distorcidas) em torno dos eixos que são utilizados para separar a análise em componentes ortogonais, de modo que cada um dos componentes sinusoidais do padrão produza informações de fase nas direções x e y. Na modalidade ilustrada, os eixos do sistema de coordenadas x, y que são utilizados pela lógica do sistema para separar a análise em componentes ortogonais são coincidentes com os eixos x e y da tela (e o eixo y também é coincidente com a direção do transporte).

[033] Assim, na modalidade ilustrada, as direções ortogonais dos padrões sinusoidais são distorcidas dos eixos x e y da tela. No entanto, será entendido que pode ser escolhida qualquer outra orientação conveniente para os eixos que são utilizados pelo sistema para separar a análise em componentes ortogonais, desde que se façam girar os padrões sinusoidais em torno dos eixos que são utilizados para separar a análise em componentes ortogonais para produzir informações de fase tanto nas direções x como y.

[034] Mais uma vez, os padrões sinusoidais são escolhidos (frequências relativamente primordiais e espaçadas conforme acima descrito) e combinados para garantir que a porção do padrão resultante que aparece na tela não seja repetitiva, garantindo assim que os dados de imagem recolhidos que cada pixel no campo de visualização da câmera irá corresponder exclusivamente a um único ponto na tela.

[035] A imagem deste padrão de duas frequências refletido a partir da superfície da placa de vidro pode então ser de forma similar matematicamente desconstruída. Mais uma vez, a informação de fase correspondente a cada uma das duas frequências pode ser isolada e utilizada como descrito a seguir para desenvolver uma descrição precisa da superfície da placa de vidro.

[036] Será entendido pelos peritos na técnica que, ao utilizar um padrão não repetitivo de múltiplas frequências e empregando as técnicas de deflectometria a seguir descritas, pode ser obtida uma descrição matemática precisa da superfície da placa de vidro a partir de uma única imagem para cada ponto na superfície da placa de vidro a partir da qual a câmera detecta o padrão refletido. Por conseguinte, para capturar não é necessário utilizar múltiplos padrões e/ou imagens múltiplas, exceto como aqui descrito, onde são adquiridas múltiplas imagens à medida que a placa de vidro é deslocada no transportador para construir uma superfície para a porção da placa de vidro que não reflete o padrão projetado em qualquer imagem adquirida única (por exemplo, (1) a porção da placa de vidro diretamente abaixo da abertura na tela, ou (2) para a porção da placa de vidro que não está na área de visualização da câmera devido ao fato de a altura da placa de vidro ser maior do que o padrão projetado da tela na direção do transporte).

[037] Fazendo agora referência às figuras 5 e 6, na modalidade ilustrada, e para a peça de placa de vidro representada G, a segunda dimensão (largura) da placa de vidro foi dividida em sete zonas. Essas zonas foram identificadas como exigido devido à dimensão do padrão de tela visto pela câmera e à dimensão da largura e à curvatura da parte da placa de vidro em particular. Neste exemplo, a primeira tela de zona 20 é orientada em um ângulo de cerca de 25° no sentido anti- horário da horizontal (quando vista como na figura 1), a tela 18 é inclinada a cerca de 15° no sentido anti-horário, a tela 16 é inclinada a cerca de 7,5° no sentido anti-horário, a tela 14 é aproximadamente horizontal, a tela 22 é inclinada a aproximadamente 7,5° no sentido horário a partir da horizontal, a tela 24 é inclinada cerca de 15° no sentido horário, e a tela 26 forma um ângulo de cerca de 25° no sentido horário. Na modalidade ilustrada, as sete telas 14 - 26 estão dispostas na direção de transporte da placa de vidro G. No entanto, como será entendido pelos peritos na técnica, podem ser ideais outros arranjos para partes de placas de vidro de diferentes larguras e curvaturas, desde que as telas estejam dispostas de modo que cada câmera associada detecte apenas o padrão refletido a partir da tela associada no seu campo de visualização, e as áreas de superfície detectadas por todas as câmeras em conjunto compreendam a superfície a toda a largura da parte da placa de vidro.

[038] O sistema de inspeção óptica de placa de vidro 10 inclui um sistema de aquisição de dados de superfície que utiliza a câmera e os pares de tela e as imagens adquiridas acima descritas, assim como lógica para desenvolver uma descrição precisa tridimensional da superfície a partir dos padrões refletidos de cada imagem, e lógica para combinar as descrições de superfície desenvolvidas a partir das imagens, tal como descrito a seguir, para obter uma descrição matemática precisa de toda a superfície da placa de vidro.

[039] O sistema de inspeção óptica 10 de placa de vidro também pode, além do sistema de aquisição de dados de superfície, incluir um ou mais computadores e/ou controles programáveis incluindo lógica para processar os dados de superfície adquiridos para analisar as características ópticas da placa de vidro.

[040] Por seu turno, o sistema de inspeção óptica 10 pode ser incorporado em um sistema para fabrico de placas de vidro incluindo uma ou mais estações de processamento e um ou mais transportadores para transportar as placas de vidro de uma estação para outra durante o processamento, tal como sistemas de fabrico 200 e 300 esquematicamente mostrados nas figuras 10 e 11.

[041] A figura 7 descreve o processo 80 realizado pela lógica de controle do sistema de inspeção óptica 10 divulgado. Quando o sistema 10 determina que uma placa de vidro está na posição apropriada no transportador, o sistema ativa a(s) câmera(s) apropriada(s), em 82, para adquirir uma imagem do padrão refletido a partir da superfície da placa de vidro. A posição das placas de vidro pode ser determinada utilizando sensores convencionais.

[042] Tal como indicado em 84, uma ou mais imagens adicionais podem ser obtidas a partir de cada câmera, conforme seja necessário, à medida que a placa de vidro se desloca no transportador. Tal como anteriormente descrito, o número de imagens adquiridas por cada câmera é determinado pelo menos por duas considerações. Em primeiro lugar, em modalidades do sistema em que as câmeras estão montadas no interior de uma abertura de suas telas associadas, deve ser adquirido um número suficiente de imagens para garantir que o sistema adquira uma imagem refletida do padrão para todos os pontos na área de visualização, incluindo os pontos a partir dos quais o padrão de tela não é refletido em uma imagem específica devido ao fato de estar localizado no interior da área que inclui um reflexo da abertura. Em segundo lugar, podem ser necessárias múltiplas imagens à medida que o vidro é transportado através da área de visualização da câmera em modalidades do sistema em que o campo de visualização da câmera não é suficientemente grande para adquirir uma reflexão do padrão de tela da superfície da placa de vidro em toda a sua primeira dimensão (ou seja, toda a altura) em uma imagem.

[043] Para cada uma das imagens adquiridas, o sistema, em 86, deve determinar a localização precisa em três espaços de cada ponto na superfície da placa de vidro com base no padrão refletido na imagem. Tal como anteriormente descrito, a utilização de um padrão que não é repetido na área de visualização da câmera garante que cada ponto no écran de tela que é refletido no interior da área de visualização da câmera será unicamente associado a um pixel que detecta o padrão refletido. Podem ser utilizadas técnicas convencionais de processamento de imagem para determinar os locais x e y (isto é, no plano focal da câmera) para cada ponto na superfície da placa de vidro que está na área de visualização da câmera para essa imagem. Podem ser utilizadas outras técnicas de processamento conhecidas para determinar a localização z (também designada por elevação) de cada ponto. Na modalidade descrita, é utilizada uma técnica de vector de mapeamento (tal como representado nas figuras 8 e 9 e, tal como descrito mais detalhadamente a seguir) para determinar a elevação de cada ponto único na superfície do vidro a partir da imagem do padrão projetado refletido.

[044] Numa modalidade, os valores x, y e z desenvolvidos para cada ponto na área de visualização de uma determinada câmara são tipicamente desenvolvidos em um sistema de coordenadas associado a essa câmara. Em uma modalidade, por exemplo, a origem do sistema de coordenadas para cada câmera é definida na origem 98 da câmera (tal como mostrado na figura 8). A recolha resultante de pontos associados à superfície na área de visualização de cada câmera (“a nuvem do ponto”) pode então ser combinada para cada imagem recolhida por essa câmera.

[045] O sistema, em 88, combina os dados de superfície desenvolvidos para cada uma das imagens adquiridas de todas as câmeras para obter a definição da superfície que identifica a localização de cada ponto em três espaços para toda a superfície da placa de vidro. Em uma modalidade, as nuvens de pontos para cada câmera são convertidas em um sistema de coordenadas comum (“global”), e as nuvens do ponto são depois combinadas para formar toda a superfície.

[046] Será entendido que podem ser selecionados e utilizados um ou mais outros sistemas/origens de coordenadas com base na arquitetura de câmera/tela de um sistema específico e/ou por conveniência computacional. Da mesma forma, a combinação da superfície desenvolvida a partir das imagens individuais adquiridas pode ser realizada utilizando outras técnicas convencionais de processamento de dados de imagem.

[047] Em seguida, o sistema, em 90, efetua uma ou mais técnicas de processamento óptico conhecidas para determinar qualquer indicação pretendida da óptica refletora da superfície. Por exemplo, numa modalidade, o sistema 10 pode ser convenientemente programado para analisar a superfície desenvolvida para determinar (1) vários indícios pretendidos de distorção óptica, incluindo a ampliação e a potência da lente, para porções selecionadas ou para toda a superfície de cada placa de vidro, à medida que é transportada pelo sistema.

[048] As figuras 8 e 9 ilustram, respectivamente, a base teórica e o processo efetuado pela lógica de controle para determinar a elevação (valor z) de cada ponto na superfície do vidro a partir da imagem do padrão projetado refletido para cada imagem adquirida. A figura 8 ilustra as relações geométricas pertinentes entre a câmera 28, o écran de tela 14 e a superfície da placa de vidro G. Os três princípios utilizados para determinar a elevação de um único ponto na superfície da placa de vidro a partir de uma imagem projetada refletida são (1) a superfície de qualquer objeto pode ser definida pelo vetor normal 92 para cada ponto discreto da superfície; (2) a lei de reflexão define o vetor normal 92 em cada ponto dividindo o ângulo entre o raio incidente 94 e o raio refletido 96 de luz (também aqui referido como a equação “geométrica óptica” ou “ângulo de reflexão”); e (3) o vetor normal também pode ser definido pela geometria diferencial que descreve cada ponto na superfície da placa de vidro (também aqui referida como a equação de “geometria diferencial”).

[049] Fazendo ainda referência à figura 8, com base na lei da reflexão, o raio incidente é totalmente definido pelas características intrínsecas da câmera. Assim, cada pixel na célula receptora das câmeras na origem das câmeras 98 vê um ponto no espaço em distâncias variadas através da lente. Continuando com a lei da reflexão, o raio refletido 96 é definido por uma posição de écran e um ponto de superfície no vidro. A distância é restrita apenas quando intersecta o raio incidente 94. Existem duas expressões matemáticas que definem o vetor normal 92. Um é derivado da lei da reflexão. A segunda equação diferencial é derivada da diferenciação parcial geométrica em qualquer ponto da superfície. Para resolver as equações diferenciais correspondentes tem de ser estabelecido um vetor de mapeamento 100, o que define, para cada pixel, onde o raio refletido atingirá o padrão projetado na tela (visto a partir da origem da câmera). Uma vez que o campo de mapeamento (ou seja, o conjunto de vetores de mapeamento para cada pixel no campo de visualização da câmera) seja estabelecido, podem ser calculadas as distâncias da origem da câmera e cada ponto discreto na superfície.

[050] A equação óptica geométrica é:

[051] Onde n é a superfície normal, v é o vetor de pixel da câmera, m é o vetor de mapeamento e s é a distância da câmera à superfície (ao longo do vetor da câmera, de modo que o ponto de superfície .

[052] A geometria diferencial descreve os pontos na superfície da placa de vidro:

[053] Dado que n é o produto cruzado dos dois diferenciais, é por definição ortogonal a ambos, rendendo

[054] Resolvendo estes para a elevação, s:

[055] A figura 9 ilustra como um computador adequadamente programado poderia implementar esta técnica de vetor de mapeamento 102. Em 104, o sistema desenvolve um vetor de mapeamento que define onde o raio refletido projeta para a tela (mais uma vez, visto matematicamente da origem da câmera). Uma primeira expressão, a equação óptica geométrica, em 106, define o vetor normal de superfície para cada ponto na superfície da placa de vidro no interior da área de visualização da câmera com base na lei da reflexão. Uma segunda equação, a equação da geometria diferencial, em 108, define o vetor normal da superfície, com base na multiplicação dos diferenciais parciais que descrevem o ponto na superfície nas direções x, y. Essas duas equações podem ser resolvidas simultaneamente utilizando o vetor de mapeamento para obter a elevação, s (ou seja, a distância z - a distância entre a superfície do vidro e a origem da câmera) para cada ponto na superfície da placa de vidro que se encontra no interior da área de visualização da câmera. Esta informação, juntamente com as posições x e y desenvolvidas anteriormente de cada ponto de superfície, produz uma descrição específica, em x, y e z, para cada ponto na superfície.

[056] Será entendido pelos peritos na técnica que podem ser utilizados outros processos conhecidos para desenvolver locais não ambíguos em três dimensões para cada um dos pontos na superfície da placa de vidro com base nas posições x e y inequívocas dos padrões refletidos em cada localização de pixel da imagem e a relação geométrica entre o plano focal da câmera, o écran de tela e a placa de vidro. No entanto, determinou-se que a elevação de cada ponto na superfície da placa de vidro pode ser rapidamente determinada utilizando os princípios acima descritos e ilustrados na figura 8, e a técnica acima descrita e ilustrada na figura 9, sem recorrer a projetar múltiplos e variados padrões e/ou analisando múltiplas imagens da mesma área de visualização para assim determinar uma definição tridimensional da superfície de vidro.

[057] Fazendo novamente referência às figuras 1 e 2, o sistema de inspeção óptica 10 de placa de vidro revelado pode ser montado em linha para inspecionar placas de vidro à medida que são transportadas em um transportador associado a um sistema de processamento de placa de vidro que efetua múltiplas operações de fabrico nas placas de vidro. O sistema 10 revelado inclui um sistema de aquisição de dados de superfície e um computador que inclui lógica para receber os dados de imagem capturados, desenvolver uma descrição em três dimensões da superfície da placa de vidro a partir dos dados de imagem, efetuar uma ou mais operações de processamento óptico para analisar as características ópticas da placa de vidro e exibir ou de outra forma reportar informações selecionadas associadas à análise óptica. Tal como anteriormente descrito, o computador 42 pode estar operacionalmente conectado ao transportador e às câmeras para realizar a aquisição da imagem, o desenvolvimento da superfície e o processamento óptico aqui descrito. Em alternativa, o computador 42 pode ser combinado com um ou mais outros computadores e/ou controles programáveis para efetuar essas funções.

[058] O sistema 10 também pode ser programado pelo usuário para visualizar gráfica e numericamente vários indícios de distorção óptica, incluindo os indícios mais relevantes para os padrões da indústria ou outros indícios considerados relevantes na indústria para a análise da qualidade da reflexão óptica das placas de vidro formadas e fabricadas.

[059] Cada uma das câmeras digitais 28 a 40 é conectada por meio de uma linha de dados convencional a um ou mais computadores, tal como o computador 42, que pode ser convenientemente programado para adquirir os dados de imagem digital da câmera, processar os dados da imagem para obter a definição de superfície pretendida para a placa de vidro, e analisar os dados para desenvolver vários indícios de distorção. O computador 42 também pode ser programado para apresentar a informação de distorção de imagem derivada em imagens gráficas (por exemplo, imagens codificadas por cores) e estatísticas. Caso se pretenda, vários outros dados estatísticos podem ser derivados e reportados para áreas predefinidas da placa de vidro, incluindo o máximo, o mínimo, o intervalo, a média e o desvio padrão na potência da lente ou outros índices de distorção que podem ser de interesse.

[060] Como será entendido pelos peritos na técnica, o sistema de inspeção óptica 10 pode, adicionalmente ou em alternativa, empregar outras técnicas de processamento de imagem conhecidas para recolher e analisar os dados de imagem adquiridos, desenvolver uma definição da superfície e fornecer vários indícios das características ópticas refletida para cada placa de vidro.

[061] Em uma modalidade, as telas 14 - 26 são caixas de luz que utilizam iluminação convencional (tais como luzes fluorescentes) atrás de um painel translúcido sobre o qual o padrão de contraste é impresso, pintado ou aplicado de outro modo por processos convencionais. As câmaras digitais 28 - 40 estão ligadas ao computador 60 utilizando processos conhecidos, de preferência de modo a que a aquisição da imagem pela câmara possa ser controlada pelo computador 42.

[062] A figura 11 ilustra um sistema típico de aquecimento, curvatura e têmpera de placas de vidro 200 que inclui o sistema de inspeção óptica em linha 10, assim como o sistema de aquisição de dados de superfície, da presente invenção. Nesta instalação, as placas de vidro (indicadas como G) entram numa zona de aquecimento 202 em que o vidro é amolecido até uma temperatura adequada para formar o vidro na forma pretendida. A placa de vidro aquecida é em seguida transportada para uma estação de flexão 204 em que a placa amaciada é formada na forma pretendida, e posteriormente transportada para uma estação de arrefecimento 206 onde a placa de vidro é arrefecida de uma maneira controlada para atingir as características físicas apropriadas. Nesta modalidade, a placa de vidro seria depois transportada para fora da estação de arrefecimento para um transportador a partir do qual a placa é transportada para aquisição e análise de imagem pelo sistema de inspeção óptica 10 divulgado. Após a medição, a placa de vidro seria movida no transportador 12 para processamento posterior. Será entendido que o transporte e a condução do vidro podem ser conseguidos utilizando técnicas conhecidas, tais como por rolo, flutuador de ar, ou transportadores de correia, dispositivos de posicionamento e braços robóticos, para manipular o vidro da maneira descrita. Também será entendido que uma pluralidade de transportadores, cada um dos quais pode ser controlado de forma independente para deslocar as placas de vidro através das diferentes estações de processamento a velocidades para governar eficazmente o fluxo e processamento das placas de vidro em todo o sistema 200.

[063] A figura 12 ilustra esquematicamente um sistema de inspeção óptica em linha 10 e o sistema de aquisição de dados de superfície associado da presente invenção num sistema típico de fabrico de para-brisas automotivo 300, que pode incluir uma estação de aquecimento 302, uma estação de dobragem 304, uma estação de arrefecimento 306, e uma estação de laminação 308, a montante do sistema de inspeção óptica 10.

[064] A saída de dados selecionada pelo sistema de inspeção óptica em linha revelado 10 também pode ser prevista como entrada para a lógica de controle para o sistema de aquecimento, flexão e têmpera de placa de vidro associado 200 (ou sistema de fabrico de para-brisas automotivo 300) para permitir o(s) controle(s) associado(s) a uma ou mais das estações do sistema de placa de vidro para modificar seu(s) parâmetro(s) operacionais em função dos dados ópticos desenvolvidos a partir de placas de vidro previamente processadas.

[065] Será entendido que o sistema de inspeção óptica 10 da presente invenção poderia, em alternativa, ser montado em linha em vários outros pontos nos sistemas de fabrico de placa de vidro acima descritos e outros, conforme se pretenda para maximizar a taxa de produção do sistema, desde que as medições de distorção óptica sejam tomadas após a placa de vidro ter sido formada na sua forma final.

[066] Embora as modalidades exemplificativas sejam descritas acima, não se pretende que essas modalidades descrevam todas as formas possíveis da invenção. Em vez disso, as palavras utilizadas na especificação são palavras de descrição e não de limitação, e entende-se que podem ser feitas várias alterações sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. Além disso, as características de várias modalidades de implementação podem ser combinadas para formar outras modalidades da invenção.

Claims

1. SISTEMA PARA MEDIR AS CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS DE UMA PLACA DE VIDRO CURVADA, a placa de vidro tendo uma primeira dimensão e uma segunda dimensão, em que a placa de vidro é curvada pelo menos em torno de um ou mais eixos de curvatura que são geralmente paralelos à primeira dimensão, o aparelho compreendendo: um transportador para transportar a placa de vidro numa primeira direção geralmente paralela à primeira dimensão da placa de vidro; pelo menos duas telas, cada tela projetando um padrão de contraste pré-selecionado, pelo menos duas câmeras; e um controle programável incluindo pelo menos um computador, que inclui pelo menos um processador programado para executar lógica para controlar cada uma das câmeras para adquirir pelo menos uma imagem do padrão refletido da tela associada na placa de vidro à medida que a placa de vidro é transportada através do caminho do padrão projetado na primeira direção, lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro e lógica para analisar os dados representativos da superfície da placa de vidro para determinar características ópticas da placa de vidro; caracterizado por cada uma das pelo menos duas câmeras ser unicamente emparelhada com uma das telas, em que cada par de tela e câmera está montado em uma relação espaçada a uma distância e ângulo conhecidos a partir da superfície da placa de vidro de modo que a câmera detecta a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro a partir da sua tela associada, e em que cada um dos pares de tela e câmera está afastado um do outro pelo menos numa segunda direção através da segunda dimensão da placa de vidro de modo que cada câmara detecta a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro apenas a partir da sua tela associada, e em que os padrões detectados pelas câmeras em conjunto cobrem toda a superfície na direção da segunda dimensão da placa de vidro.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira dimensão ser a dimensão menor da placa de vidro, e a segunda dimensão ser a dimensão maior da placa de vidro.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro incluir lógica para construir dados de superfície representativos de toda a superfície através da segunda dimensão da placa de vidro.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma única imagem dos padrões refletidos projetados pelas telas de cada uma das câmeras associadas não poder ser combinada para definir dados representativos da superfície da placa de vidro através de toda a segunda dimensão da placa de vidro, e pelo controle programável incluir pelo menos um processador programado para executar a lógica para controlar cada uma das câmeras para adquirir múltiplas imagens do padrão refletido da tela associada na placa de vidro à medida que a placa de vidro é transportada através do caminho do padrão projetado na primeira direção, e lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas múltiplas imagens adquiridas por cada câmera para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro através de toda a primeira dimensão da placa de vidro.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada tela incluir uma abertura, e pela câmera associada estar montada atrás da sua tela associada de modo que o eixo principal da câmera é geralmente perpendicular à superfície da tela, e a imagem é recebida pela câmera através da abertura, e pelo controle programável incluir lógica para controlar cada uma das câmeras para adquirir múltiplas imagens do padrão refletido da tela associada na placa de vidro à medida que a placa de vidro é transportada na primeira direção em pelo menos uma distância maior do que a dimensão da abertura, e lógica para analisar e combinar os dados das imagens múltiplas para definir dados representativos da superfície da placa de vidro na área para a qual qualquer uma das imagens adquiridas inclui uma imagem refletida da abertura.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro incluir pelo menos: lógica para desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, um vetor de mapeamento que define onde o raio refletido se projeta a partir da origem da câmera para a tela associada; e lógica para desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, o valor de elevação, s, do ponto, ao resolver simultaneamente (1) a equação óptica geométrica e (2) a equação de geometria diferencial, utilizando o vetor de mapeamento.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo padrão de contraste pré-selecionado não se repetir em toda a área de visualização da câmera.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo padrão de contraste pré-selecionado ser um padrão de três frequências, construído por sobreposição de três padrões sinusoidais de frequência diferentes em cada uma das direções x e y do sistema de coordenadas utilizado pela lógica do sistema.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo padrão de contraste pré-selecionado ser um padrão de duas frequências, construído por sobreposição de dois padrões sinusoidais de frequência diferente em cada uma das direções x e y do padrão, onde os dois padrões sinusoidais de frequência diferente são rodados em relação aos eixos do sistema de coordenadas utilizado pela lógica do sistema.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela lógica para analisar os dados representativos da superfície da placa de vidro para determinar características ópticas da placa de vidro incluir lógica para determinar indícios selecionados de distorção óptica associados a cada ponto de interesse na superfície da placa de vidro.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos indícios de distorção selecionada incluírem a potência da lente.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema ser incorporado num sistema para fabricar placas de vidro curvadas incluindo múltiplas estações de processamento e um ou mais transportadores para transportar a placa de vidro de uma estação para outra durante o processamento.

13. MÉTODO PARA MEDIR AS CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS DE UMA PLACA DE VIDRO CURVADA, a placa de vidro tendo uma primeira dimensão e uma segunda dimensão, caracterizado por a placa de vidro ser curvada pelo menos em torno de um ou mais eixos de curvatura que são geralmente paralelos à primeira dimensão, o método incluindo pelo menos as etapas de: transportar a placa de vidro numa primeira direção geralmente paralela à primeira dimensão da placa de vidro; projetar um padrão de contraste pré-selecionado de cada uma de pelo menos duas telas na superfície da placa de vidro, fornecer pelo menos duas câmeras; e controlar cada uma das câmeras para adquirir pelo menos uma imagem do padrão refletido da tela associada na placa de vidro à medida que a placa de vidro é transportada através do caminho do padrão projetado na primeira direção; analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro; e analisar os dados representativos da superfície da placa de vidro para determinar características ópticas da placa de vidro; caracterizado pela etapa de fornecer as câmeras incluir unicamente emparelhar cada uma das câmeras com uma das telas, e montar cada par de tela e câmera em uma relação afastada a uma distância e ângulo conhecidos a partir da superfície da placa de vidro para detectar a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro a partir da sua tela associada, e em que cada um dos pares de tela e câmera estão afastados um do outro pelo menos numa segunda direção através da segunda dimensão da placa de vidro de modo que cada câmara detecta a imagem refletida do padrão projetado na superfície da placa de vidro apenas a partir da sua tela associada, e em que os padrões detectados pelas câmeras em conjunto cobrem toda a superfície na direção da segunda dimensão da placa de vidro.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela etapa de análise e combinação de dados adquiridos pelas câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da placa de vidro incluir adicionalmente pelo menos as etapas de: desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, um vetor de mapeamento que define onde o raio refletido se projeta a partir da origem da câmera para a tela associada, e desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, o valor de elevação, s, do ponto, ao resolver simultaneamente (1) a equação óptica geométrica e (2) a equação de geometria diferencial, utilizando o vetor de mapeamento; e analisar os dados representativos da superfície da placa de vidro para determinar as características ópticas da placa de vidro.