BR112017028029B1 - Sistema para adquirir dados de superfície, e método para adquirir dados de superfície de uma chapa de vidro curvada e desenvolver uma definição de superfície da chapa de vidro - Google Patents

Sistema para adquirir dados de superfície, e método para adquirir dados de superfície de uma chapa de vidro curvada e desenvolver uma definição de superfície da chapa de vidro Download PDF

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Abstract

sistema para adquirir dados de superfície a partir de uma das superfícies de uma chapa de vidro curvada geralmente retangular; método para adquirir dados de superfície de uma chapa de vidro curvada e desenvolver uma definição de superfície da chapa de vidro; e método para adquirir dados de superfície a partir de uma das superfícies de uma chapa de vidro curvada geralmente retangular. trata-se de um sistema para adquirir dados de superfície a partir de uma das superfícies de uma chapa de vidro curvada e desenvolver uma definição de superfície da chapa de vidro que inclui um transportador para transportar a chapa de vidro em uma primeira direção, pelo menos um visor que projeta um padrão contrastante sem repetição multifásico pré-selecionado e pelo menos uma câmera, cada uma das câmeras é unicamente emparelhada com um dos visores. o sistema também pode incluir um controle programado para executar lógica para controlar cada um dos pares de câmera/visor para adquirir as imagens desejadas e lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir uma definição da superfície da chapa de vidro.

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[001] A presente invenção refere-se a um método e aparelho para adquirir informações de superfície tridimensional que correspondem a uma chapa de vidro contornada.
ANTECEDENTES
[002] Os fabricantes de chapas de vidro, particularmente, chapas de vidro formadas em vários formatos curvados para uso como para-brisas, luzes traseiras e luzes laterais, têm interesse em medir o formato da chapa de vidro formada para avaliar a conformidade do formato real formado à especificação do modelo, assim como avaliar a quantidade de distorção óptica nas chapas formadas que podem ser percebidas por um observador humano.
[003] Desse modo, é desejável, pelo menos com o propósito acima, o desenvolvimento de um sistema e método para adquirir rapidamente os dados correspondentes à superfície de uma chapa de vidro curvada, particularmente, à medida que a chapa de vidro é transportada em um transportador entre ou após a flexão, resfriamento ou outras operações de processamento e, após isso, desenvolver uma descrição matemática tridimensional precisa da superfície da chapa de vidro.
DESCRIÇÃO RESUMIDA
[004] O sistema e método para adquirir informações de superfície tridimensional que correspondem a uma chapa de vidro contornada, e para desenvolver uma descrição matemática da superfície da mesma, incluem, como um componente, um sistema de aquisição de dados de superfície que pode incluir um transportador para transportar a chapa de vidro em uma primeira direção geralmente paralela à primeira dimensão da chapa de vidro, pelo menos uma exibição que projeta um padrão contrastante pré-selecionado e pelo menos uma câmera. Cada uma dentre a uma ou mais câmeras é unicamente emparelhada com uma das exibições, em que cada par de visor e câmera é montado em uma relação separada, em uma distância e ângulo conhecidos a partir da superfície da chapa de vidro de modo que a câmera detecte a imagem refletida do padrão projetado na superfície da chapa de vidro a partir do visor associado da mesma.
[005] O componente de sistema de aquisição de dados de superfície pode, em uma modalidade, incluir duas ou mais câmeras, sendo que cada uma das câmeras é unicamente emparelhada com uma das exibições, conforme descrito acima, em que cada um dentre os pares de visor e câmera é separado entre si em pelo menos uma segunda direção por toda a segunda dimensão da chapa de vidro de modo que cada câmera detecte a imagem refletida do padrão projetado na superfície da chapa de vidro apenas do visor associado da mesma, e em que os padrões detectados pelas duas ou mais câmeras juntas cobrem a superfície inteira na direção da segunda dimensão da chapa de vidro.
[006] O componente de aquisição de dados de superfície do sistema também pode incluir controle programável que inclui pelo menos um processador programado para executar lógica para controlar cada uma das câmeras a fim de adquirir pelo menos uma imagem do padrão refletido do visor associado da mesma na chapa de vidro à medida que a chapa de vidro é transportada por toda a trajetória do padrão projetado na primeira direção.
[007] O sistema também pode incluir, como outro componente, lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelo componente de sistema de aquisição de dados de superfície a fim de construir uma descrição matemática tridimensional da superfície da chapa de vidro. Esse componente do sistema pode incluir 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 da origem de câmera ao visor associado e lógica para desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, o valor de elevação, s, do ponto, solucionando-se simultaneamente (1) a equação óptica geométrica e (2) a equação geometria diferencial, com o uso do vetor de mapeamento.
[008] A definição de superfície desenvolvida pelo sistema revelado pode ser utilizada como uma entrada a outros sistemas que utilizam as informações de superfície para realizar outras operações de fabricação, de análise, ou de medição que envolvem ou se referem à superfície, tais como, por exemplo, processamento óptico ou calibração. Alternativamente, o sistema pode ser integrado em um único sistema que utiliza os mesmos processadores ou processadores adicionais para realizar uma ou mais dentre tais funções de análise ou de medição.
[009] Por exemplo, o sistema também pode incluir lógica que utiliza a descrição matemática tridimensional da superfície para realizar uma ou mais operações de processamento óptico a fim de analisar as características ópticas da chapa de vidro para, por exemplo, medir o nível de distorção óptica refletida em áreas de interesse na superfície e exibir ou, de outro modo, relatar as informações selecionadas associadas à análise.
[0010] Alternativa ou adicionalmente, o sistema pode incluir lógica que utiliza a descrição matemática tridimensional da superfície para comparar a superfície desenvolvida a uma superfície exemplificativa predefinida e exibir ou, de outro modo, relatar informações selecionadas associadas à comparação.
[0011] O sistema pode ser integrado, adicional ou alternativamente, com outras funções de análise e de relato, conforme descrito acima.
[0012] O sistema pode utilizar um único computador que controla o transportador e a operação das câmeras e inclui a lógica de aquisição de dados de superfície descrita anteriormente, assim como a lógica de processamento de distorção óptica. Alternativamente, o controle de transportador, os controles de câmera, a aquisição de dados de superfície e o processamento óptico podem ser integrados, porém, implantados em processadores separados ou em múltiplos processadores, em um ou mais controladores e/ou computadores de lógica programável.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0013] A Figura 1 é uma vista de extremidade parcial esquemática de uma modalidade do sistema revelado;
[0014] A Figura 2 é uma vista superior esquemática do sistema da Figura 1;
[0015] A Figura 3 é uma vista esquemática de um padrão de três frequências que pode ser empregado em uma modalidade do sistema;
[0016] A Figura 4 é uma vista esquemática de um padrão de duas frequências que pode ser empregado em outra modalidade do sistema;
[0017] A Figura 5 é uma vista superior diagramática da disposição de múltiplos pares de visor/câmera mostrados na Figura 2 incluindo a orientação angular dos visores/câmeras para uma parte de vidro particular;
[0018] A Figura 6 é uma vista superior de uma chapa de vidro curvada particular que ilustra as áreas da superfície de chapa de vidro analisada por cada um dos pares de visor/câmera utilizados no sistema da Figura 1;
[0019] A Figura 7 é um fluxograma que descreve a lógica empregada em uma modalidade do sistema revelado;
[0020] 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 chapa de vidro, de acordo com as etapas retratadas na Figura 9;
[0021] A Figura 9 é um fluxograma que descreve a lógica de resolução de ponto de superfície empregado em uma modalidade da porção de desenvolvimento de superfície do sistema;
[0022] A Figura 10 é um diagrama esquemático de uma modalidade do sistema revelado instalado em linha em uma linha típica de formação e de revenimento de vidro de automóvel; e
[0023] A Figura 11 é um diagrama esquemático de outra modalidade do sistema revelado instalado em linha em uma linha típica de formação de para-brisa de automóvel.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0024] Conforme exigido, as modalidades detalhadas da presente invenção são reveladas no presente documento. No entanto, deve-se entender que as modalidades reveladas são apenas exemplificativas da invenção e que podem ser incorporadas em várias formas e em formas alternativas. As Figuras não estão, necessariamente, em escala; alguns recursos podem estar exagerados ou minimizados para mostrar detalhes de componentes particulares. Portanto, detalhes específicos estruturais e funcionais revelados no presente documento não devem ser interpretados como limitativos, porém, apenas como uma base representativa para ensinar uma pessoa na técnica a empregar a presente invenção de várias maneiras.
[0025] Referindo-se à Figura 1, um sistema de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície, indicado geralmente como 10, é revelado e inclui um transportador 12 que transporta a chapa de vidro G em uma primeira direção geralmente em paralelo a uma primeira dimensão da chapa de vidro. Na modalidade retratada, a chapa de vidro contornada G é um para-brisa ou luz traseira geralmente retangular de veículo que tem uma primeira dimensão que é a dimensão relativamente menor (e que pode ser denominada alternativamente de altura) e uma segunda dimensão relativamente maior (que pode ser alternativamente denominada de largura). A chapa de vidro G é curvada em torno de um ou mais eixos geométricos de curvatura que estão geralmente em paralelo à primeira direção. O transportador 12 pode ser um único transportador específico apenas para transportar a chapa de vidro G através do sistema de inspeção óptico 10 que pode ser configurado e/ou operado como um sistema de inspeção óptico autônomo. Alternativamente, o transportador 12 pode ser um dentre uma série de transportadores que transportam a chapa de vidro através de uma variedade de estações de processo, tais como, por exemplo, estações de aquecimento, de formação e recozimento ou revenimento encontradas em um sistema típico de fabricação de chapa de vidro solar e/ou arquitetural de automóveis.
[0026] O sistema de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 retratados nas Figuras 1 e 2 também inclui dois ou mais visores 14 a 24. Cada visor projeta um padrão contrastante, tal como, por exemplo, aqueles padrões mostrados nas Figuras 4 e 5, sendo que esse padrão é projetado na superfície da chapa de vidro à medida que a mesma é transportada debaixo das telas. O sistema retratado 10 também inclui duas ou mais câmeras 28 a 40. Cada uma dentre as câmeras 28 a 40 é emparelhada unicamente com um dentre vários visores 14 a 26 correspondentes. Na modalidade retratada do sistema 10, uma abertura é formada no centro de cada um dentre os visores 14 a 26. A câmera associada a um visor particular é montada de modo que a abertura de visualização da câmera se estenda através da abertura no visor associado da mesma de modo que o acesso de visualização principal da câmera seja perpendicular à superfície da tela. Evidentemente, será observado pelas pessoas versadas na técnica que cada câmera pode estar disposta alternativamente em outras localizações com relação ao visor associado da mesma, desde que a câmera esteja posicionada para detectar a imagem refletida do padrão projetado na superfície da chapa de vidro daquele visor e não para detectar as imagens refletidas dos padrões projetados de outros visores no campo de visualização da mesma.
[0027] Ainda referindo-se às Figuras 1 e 2, o número e colocação dos visores depende do tamanho dos visores, assim como da largura e da curvatura da chapa de vidro. Na modalidade retratada do sistema 10, os pares de câmera/visor são posicionados de modo que o eixo geométrico de visualização principal de cada câmera seja geralmente perpendicular à superfície da chapa de vidro. O número total de pares de câmera/visor precisa ser suficiente de modo que o número total de padrões projetados se expanda por toda a largura da superfície da parte de chapa de vidro a ser analisada.
[0028] Referindo-se novamente à Figura 1, o sistema de obtenção de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 também inclui um controle programável, retratado nessa modalidade como um computador 42, que inclui pelo menos um processador programado para detectar a chapa de vidro à medida que a mesma avança no transportador, um controle de cada uma das câmeras 28 a 40 para adquirir uma ou mais imagens do padrão refletido da superfície da chapa de vidro à medida que a mesma é transportada abaixo das câmeras/visores e a construção da definição da superfície de chapa de vidro (com o uso, por exemplo, da técnica retratada e descrita nas Figuras 7 a 9, e conforme descrito adicionalmente doravante).
[0029] Em quaisquer modalidades do sistema 10 (tais como, a modalidade retratada nas Figuras) em que o campo de visualização de uma câmera em qualquer zona de largura é menor que a primeira dimensão (altura) da chapa de vidro, o controle de sistema pode ser programado para adquirir múltiplas imagens à medida que o vidro é transportado na primeira direção. Será observado que o número de imagens adquiridas por cada câmera deve ser suficiente a ponto de as informações de superfície desenvolvidas a partir de cada imagem (conforme descrito doravante) poderem ser combinadas para formar uma descrição da superfície inteira ao longo da altura (isto é, na direção de transporte) da chapa de vidro.
[0030] Quando, conforme na modalidade retratada, as câmeras são montadas com a abertura de visualização das mesmas em extensão através de uma abertura no visor, o controle de sistema 42 pode ser programado para adquirir múltiplas imagens à medida que o vidro é transportado na primeira direção a fim de garantir que uma imagem do padrão refletido seja adquirida em uma imagem anterior ou subsequente da chapa em movimento para essa porção da superfície da chapa de vidro que, em qualquer uma das imagens capturadas, está na área de reflexão da abertura do visor. Novamente, será observado que o número de imagens adquiridas por cada câmera também deve ser suficiente a ponto de as informações de superfície desenvolvidas a partir de cada imagem (conforme descrito doravante) poderem ser combinadas para formar uma descrição da superfície inteira ao longo da altura na área na qual uma única imagem pode incluir uma imagem da abertura do visor em vez do padrão refletido.
[0031] As descrições superficiais para cada uma das câmeras são combinadas semelhantemente para formar uma descrição da superfície inteira ao longo da largura (ou ao longo da área de interesse na direção da largura) da chapa de vidro.
[0032] Referindo-se 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 dentre as direções x e y do sistema de coordenada empregado pela lógica de sistema. Deve- se verificar, na modalidade ilustrada, que os eixos geométricos de sistema de coordenada X-Ysão escolhidos para serem orientados de modo que sejam coincidentes com os eixos geométricos X e Y do visor (e, também, o eixo geométrico Y está em paralelo à direção de percurso do transportador e o eixo geométrico Xé ortogonal à direção de percurso do transportador).
[0033] Os padrões sinusoidais são escolhidos e combinados para garantir que a porção do padrão resultante que aparece na exibição seja não repetitiva, desse modo, garantindo que, para os dados de imagem coletados, cada pixel no campo de visualização da câmera corresponda unicamente a um único ponto na exibição. Cada uma dentre as três frequências podem ser valores relativamente iniciais e é selecionada de modo que esteja separada dentro do envelope das frequências ligadas pelos limites de mínimo e máximo de frequência da óptica da câmera.
[0034] Em seguida, a imagem desse padrão de três frequências refletido da superfície da chapa de vidro pode ser desconstruída matematicamente em três imagens de frequência única em cada uma dentre as direções x e y. Em seguida, as informações de fase que correspondem a cada uma dentre as três frequências podem ser isoladas e utilizadas, conforme descrito doravante, a fim de desenvolver uma descrição tridimensional precisa da superfície de chapa de vidro.
[0035] Em outra modalidade, ilustrada na Figura 4, um padrão de duas frequências pode ser utilizado. Esse padrão de duas frequências pode ser construído por sobreposição de dois padrões sinusoidais de frequência diferentes em cada uma dentre as duas direções ortogonais que são giradas (ou enviesadas) em torno dos eixos geométricos que são usados para separar a análise em componentes ortogonais, de modo que cada um dentre os componentes sinusoidais do padrão gere informações de fase nas direções tanto x quanto y. Na modalidade ilustrada, os eixos geométricos do sistema de coordenada X, Y que são usados pela lógica de sistema para separar a análise em componentes ortogonais são coincidentes com os eixos geométricos X e Y da exibição (e o eixo geométrico Ytambém coincide com a direção de transporte).
[0036] Desse modo, na modalidade ilustrada, as direções ortogonais dos padrões sinusoidais são enviesadas dos eixos geométricos X e Y do visor. No entanto, será observado que qualquer outra orientação conveniente pode ser escolhida para os eixos geométricos que são usados pelo sistema a fim de separar a análise em componentes ortogonais, desde que os padrões sinusoidais sejam girados em torno dos eixos geométricos que são usados para separar a análise em componentes ortogonais para gerar informações de fase nas direções tanto x quanto y.
[0037] Novamente, os padrões sinusoidais são escolhidos (frequências relativamente iniciais e separadas, conforme descrito acima) e combinados para garantir que a porção do padrão resultante que aparece na exibição seja não repetitiva, desse modo, garantindo que, para os dados de imagem coletados, cada pixel no campo de visualização da câmera corresponda unicamente a um único ponto na exibição.
[0038] Em seguida, a imagem desse padrão de duas frequências refletidas da superfície da chapa de vidro pode ser desconstruída de maneira semelhantemente matemática. Novamente, as informações de fase que correspondem a cada uma dentre as duas frequências podem ser, em seguida, isoladas e utilizadas, conforme descrito doravante, a fim de desenvolver uma descrição tridimensional precisa da superfície de chapa de vidro.
[0039] Será observado pelas pessoas versadas na técnica que, empregando-se um padrão de não repetição de múltiplas frequências e empregando-se as técnicas de deflectometria descritas doravante, uma descrição matemática precisa da superfície de chapa de vidro pode ser adquirida de uma única imagem para cada ponto na superfície da chapa de vidro da qual a câmera detecta o padrão refletido. Desse modo, é desnecessário capturar múltiplos padrões utilizados e/ou múltiplas imagens, com exceção do que foi descrito no presente documento em que múltiplas imagens são adquiridas à medida que a chapa de vidro é movida no transportador para construir uma superfície para aquela porção da chapa de vidro que não reflete o padrão projetado em qualquer imagem adquirida (por exemplo, (1) aquela porção da chapa de vidro diretamente abaixo da abertura na tela, ou (2) para aquela porção da chapa de vidro que não está na área de visualização da câmera devido ao fato de que a altura da chapa de vidro é maior que o padrão projetado da tela na direção de transporte).
[0040] Referindo-se agora às Figuras 5 e 6, na modalidade ilustrada, e para a parte de chapa de vidro G retratada, a segunda dimensão (largura) da chapa de vidro foi dividida em sete zonas. Essas zonas foram identificadas conforme exigido devido à dimensão do padrão de exibição visualizado pela câmera e à dimensão de largura e à curvatura da parte de chapa de vidro particular. Nesse exemplo, o primeiro visor de zona 20 é orientado em um ângulo de cerca de 25° em sentido anti-horário na horizontal (quando visualizado conforme na Figura 1), o visor 18 é angulado em cerca de 15° em sentido anti-horário, o visor 16 é angulado em cerca de 7,5° em sentido anti-horário, o visor 14 é aproximadamente horizontal, visor 22 é angulado em aproximadamente 7,5° em sentido horário na horizontal, o visor 24 é angulado em cerca de 15° em sentido horário, e o visor 26 é angulado em cerca de 25° em sentido horário. Na modalidade ilustrada, os sete visores 14 a 26 estão dispostos na direção de transporte da chapa de vidro G. No entanto, conforme será observado pelas pessoas versadas na técnica, outras disposições podem ser ideais para as partes de chapa de vidro de diferentes larguras e curvaturas, desde que as telas sejam dispostas de modo que cada câmera associada detecte apenas o seu padrão refletido do visor associado no campo de visualização da mesma, e as áreas de superfície detectadas por todas as câmeras compreendem juntas a superfície por toda a largura da parte de chapa de vidro.
[0041] O sistema de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 inclui um sistema de aquisição de dados de superfície que emprega a câmera descrita acima e exibe pares e imagens adquiridas, assim como lógica para desenvolver uma descrição tridimensional precisa da superfície a partir dos padrões refletidos de cada imagem e lógica para combinar as descrições superficiais desenvolvidas a partir das imagens, conforme descrito doravante, a fim de obter uma descrição matemática precisa da superfície inteira da chapa de vidro.
[0042] O sistema 10, além do sistema de aquisição de dados de superfície, também pode incluir um ou mais computadores e/ou controles programáveis incluindo a lógica para processar os dados de superfície adquiridos para analisar as características ópticas da chapa de vidro.
[0043] O sistema de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 pode, por sua vez, ser incorporado em um sistema para fabricar chapas de vidro incluindo uma ou mais estações de processamento e um ou mais transportadores para transportar as chapas de vidro de estação para estação durante o processamento, tal como os sistemas de fabricação 200 e 300 mostrados esquematicamente nas Figuras 10 e 11.
[0044] A Figura 7 descreve o método 80 realizado pela lógica de controle do sistema revelado 10. Quando o sistema 10 determina que uma chapa de vidro está na posição apropriada no transportador, o sistema ativa a câmera apropriada (ou câmeras apropriadas), em 82, para adquirir uma imagem do padrão refletido da superfície da chapa de vidro. A posição das chapas de vidro pode ser determinada com o uso de sensores convencionais.
[0045] Conforme indicado em 84, uma ou mais imagens adicionais podem ser obtidas de cada câmera, conforme exigido, à medida que a chapa de vidro se move no transportador. Conforme descrito anteriormente, o número de imagens adquiridas por cada câmera é determinado por pelo menos duas considerações. Primeiramente, em modalidades do sistema em que as câmeras são montadas dentro de uma abertura dos visores associados das mesmas, um número suficiente de imagens precisa ser adquirido para garantir que o sistema adquira uma imagem refletida do padrão para todos os pontos na área de visualização, incluindo aqueles pontos dos quais o padrão de exibição não é refletido em uma imagem particular devido ao fato de que está localizado dentro da área que inclui uma reflexão da abertura. Em segundo lugar, múltiplas imagens podem ser exigidas à medida que o vidro é transportado ao longo da área de visualização da câmera em modalidades do sistema em que o campo de visualização da câmera não é grande o suficiente para adquirir uma reflexão do padrão de exibição da superfície da chapa de vidro ao longo da primeira dimensão inteira da mesma (isto é, a altura inteira) em uma imagem.
[0046] Para cada uma das imagens adquiridas, o sistema, em 86, precisa determinar a localização precisa nos três espaços de cada ponto na superfície da chapa de vidro com base no padrão refletido na imagem. Conforme descrito anteriormente, o uso de um padrão que é de não repetição na área de visualização da câmera garante que cada ponto na tela de exibição que é refletido dentro da área de visualização da câmera seja associado unicamente a um pixel que detecta o padrão refletido. Técnicas convencionais de processamento de imagem podem ser empregadas para determinar as localizações X e Y (isto é, no plano focal da câmera) para cada ponto na superfície da chapa de vidro que está na área de visualização da câmera para essa imagem. Outras técnicas de processamento conhecidas podem ser empregadas para determinar a localização Z(também denominada de elevação) de cada ponto. Na modalidade revelada, uma técnica de vetor de mapeamento é empregada (conforme retratado nas Figuras 8 e 9, e conforme descrito mais completamente doravante) para determinar a elevação de cada ponto único na superfície do vidro da imagem do padrão refletido projetado.
[0047] Em uma modalidade, os valores X, Y e Z desenvolvidos para cada ponto na área de visualização de uma câmera particular são desenvolvidos tipicamente em um sistema de coordenada associado àquela câmera. Em uma modalidade, por exemplo, a origem do sistema de coordenada para cada câmera é definida na origem daquela câmera 98 (conforme mostrado na Figura 8). Em seguida, a coleta resultante dos pontos associados à superfície na área de visualização de cada câmera ("a nuvem de pontos") pode ser combinada para cada imagem coletada por aquela câmera.
[0048] Em seguida, o sistema, em 88, combina os dados de superfície desenvolvidos para cada uma das imagens adquiridas de todas as câmeras para obter a definição de superfície que identifica a localização de cada ponto nos três espaços para a superfície inteira da chapa de vidro. Em uma modalidade, as nuvens de pontos para cada câmera são convertidas em um sistema de coordenada ("global") comum, e as nuvens de pontos são, em seguida, combinadas para formar a superfície inteira.
[0049] Será observado que um ou mais outros sistemas/origens de coordenada podem ser selecionados e empregados com base em uma arquitetura de câmera/visor do sistema particular e/ou para conveniência computacional. De modo semelhante, a combinação da superfície desenvolvida das imagens adquiridas individuais pode ser realizada com o uso de outras técnicas de processamento de dados de imagem convencionais.
[0050] As Figuras 8 e 9 ilustram, respectivamente, a base teórica e o método realizado pela lógica de controle para determinar a elevação (valor Z) de cada ponto na superfície do vidro a partir da imagem do padrão refletido projetado para cada imagem adquirida. A Figura 8 ilustra as relações geométricas pertinentes entre a câmera 28, a tela de exibição 14 e a superfície da chapa de vidro G. Os três princípios usados para determinar a elevação de um único ponto na superfície da chapa de vidro de uma imagem projetada refletida são (1) a superfície de qualquer objeto pode ser definida pelo vetor normal 92 para cada ponto distinto da superfície; (2) a lei de reflexão define o vetor normal 92 em cada ponto bisseccionando-se o ângulo entre o raio incidente 94 e o raio refletido 96 de luz (também denominado no presente documento de equação "geométrica óptica"ou de "ângulo de reflexão"); e (3) o vetor normal também pode ser definido pela geometria diferencial que descreve cada ponto na superfície da chapa de vidro (também denominado no presente documento de equação de "geometria diferencial").
[0051] Referindo-se ainda à Figura 8, com base na lei de reflexão, o raio incidente é definido inteiramente pelos parâmetros intrínsecos de câmera. Desse modo, cada pixel na célula receptora da câmera na origem da câmera 98 visualiza um ponto no espaço em distâncias variáveis através das lentes. Continuando com a lei de reflexão, o raio refletido 96 é definido por uma posição de tela e um ponto de superfície no vidro. A distância é limitada apenas quando onde interseciona o raio incidente 94. Há duas expressões matemáticas que definem o vetor normal 92. Uma é derivada da lei de reflexão. A segunda equação diferencial é derivada da diferenciação parcial geométrica em qualquer ponto na superfície. A fim de solucionar as equações diferenciais correspondentes, um vetor de mapeamento 100 precisa ser estabelecido, o que define, para cada pixel, onde o raio refletido acertará o padrão projetado no visor (visualizado na origem de câmera). Uma vez que o campo de mapeamento (isto é, o conjunto de vetores de mapeamento para cada pixel no campo de visualização da câmera) é estabelecido, as distâncias da origem da câmera e cada ponto distinto na superfície podem ser calculados.
[0052] A equação óptica geométrica é:
Figure img0001
[0053] Em que n é a superfície normal, v é o vetor de pixel de câmera, m é o vetor de mapeamento, e s é a distância da câmera até a superfície (ao longo do vetor da câmera de modo que a superfície ponto seja ( = = = — ) . ’ lr
[0054] A geometria diferencial descreve os pontos na superfície da chapa de vidro:
Figure img0002
[0055] Uma vez que n é o produto cruzado dos dois diferenciais, o mesmo é, por definição, ortogonal a ambos, o que gera
Figure img0003
[0056] Solução dos mesmos para a elevação, s:
Figure img0004
[0057] A Figura 9 ilustra como um computador programado adequadamente pode implantar essa técnica de vetor de mapeamento 102. Em 104, o sistema desenvolve um vetor de mapeamento que define onde o raio refletido se projeta no visor (novamente, visualizado matematicamente da origem de câmera). Uma primeira expressão, a equação óptica geométrica, em 106, define o vetor normal de superfície para cada ponto na superfície de chapa de vidro dentro da área de visualização da câmera com base na lei de reflexão. Uma segunda equação, a equação geometria diferencial, em 108, define o vetor normal de superfície - com base na multiplicação dos diferenciais parciais que descrevem o ponto na superfície nas direções X, Y. Essas duas equações podem ser solucionadas simultaneamente com o uso do vetor de mapeamento para obter a elevação, S (ou seja, a distância Z - a distância entre a superfície de vidro e a origem de câmera) para cada ponto na superfície de chapa de vidro que está dentro da área de visualização da câmera. Essas informações, acopladas às localizações X e Y desenvolvidas anteriormente de cada superfície ponto, geram uma descrição específica, em X, Y e Z, para cada ponto na superfície.
[0058] Será observado pelas pessoas versadas na técnica que outros métodos conhecidos podem ser utilizados para desenvolver localizações não ambíguas em três dimensões para cada um dentre os pontos na superfície da chapa de vidro com base nas localizações X e Ynão ambíguas dos padrões refletidos em cada localização de pixel da imagem, e a relação geométrica entre o plano focal da câmera, a tela de exibição e a chapa de vidro. No entanto, determinou-se que a elevação de cada ponto na superfície da chapa de vidro pode ser determinada rapidamente com o uso dos princípios descritos acima e ilustrados na Figura 8 e da técnica descrita acima e ilustrada na Figura 9, sem recorrer a projetar múltiplos padrões variáveis e/ou analisar múltiplas imagens da mesma área de visualização para, desse modo, determinar uma definição tridimensional da superfície de vidro.
[0059] Referindo-se novamente às Figuras 1 e 2, o sistema revelado de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 pode ser montado em linha para inspecionar chapas de vidro à medida que as mesmas são transportadas em um transportador associado a um sistema de processamento de chapa de vidro que realiza múltiplas operações de fabricação nas chapas de vidro. O sistema revelado 10 inclui um sistema de aquisição de dados de superfície e um computador que inclui lógica para receber os dados de imagem capturados e desenvolver uma descrição tridimensional da superfície de chapa de vidro dos dados de imagem. O sistema 10 pode, também, realizar uma ou mais análises que utilizam a superfície desenvolvida, tais como o processamento óptico conhecido, calibração e/ou outras análises em relação à superfície, conforme descrito anteriormente, e exibir ou, de outro modo, relatar informações selecionadas associadas às análises. Conforme descrito anteriormente, o computador 42 pode ser conectado de maneira operacional ao transportador e às câmeras para realizar a aquisição de imagem, o desenvolvimento de superfície e o processamento óptico descrito no presente documento. Alternativamente, o computador 42 pode ser combinado com um ou mais outros computadores e/ou controles programáveis para realizar essas funções.
[0060] O sistema 10 também pode ser programado pelo usuário para exibir gráfica e numericamente as características da superfície, incluindo, por exemplo, vários indícios de distorção óptica e/ou calibração e/ou outros indícios considerados relevantes na indústria para a análise da qualidade de chapas de vidro formadas e fabricadas.
[0061] As câmeras digitais 28 a 40 são conectadas, cada uma, por meio de uma linha de dados convencionais a um ou mais computadores, tais como computador 42, que podem ser programados adequadamente para adquirir os dados de imagem digital da câmera, processar os dados de imagem a fim de obter a definição de superfície desejada para a chapa de vidro e analisar os dados para desenvolver vários indícios de distorção. O computador 42 também pode ser programado para apresentar as informações desenvolvidas em formas tanto gráficas (por exemplo, imagens codificadas por cor) quanto estatísticas. Caso desejado, vários outros dados estatísticos podem ser derivados e relatados para áreas predefinidas da chapa de vidro.
[0062] Conforme será observado por pessoas versadas na técnica, o sistema de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 pode empregar adicional ou alternativamente outras técnicas de processamento e imagem conhecidas para coletar e analisar os dados de imagem adquirida e desenvolver uma definição da superfície.
[0063] Em uma modalidade, os visores 14 a 26 são caixas de luz que utilizam iluminação (tais como, luzes fluorescentes) atrás de um painel translúcido mediante o qual o padrão contrastante é impresso, pintado ou, de outro modo, aplicado com o uso de métodos convencionais. As câmeras digitais 28 a 40 são conectadas ao computador 60 com o uso de métodos conhecidos, de preferência, de modo que a aquisição da imagem pela câmera possa ser controlada pelo computador 42.
[0064] A Figura 11 ilustra um sistema típico de aquecimento, flexão e revenimento de chapa de vidro 200 que inclui o sistema em linha de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10. Nessa instalação, as chapas de vidro (indicadas como G) entram em uma zona de aquecimento 202 em que o vidro é amolecido a uma temperatura adequada para formar o vidro no formato desejado. Em seguida, a chapa de vidro é transportada para uma estação de flexão 204 em que a chapa suavizada é formada no formato desejado e, após isso, é transportada adicionalmente para uma estação de resfriamento 206 em que a chapa de vidro é resfriada de maneira controlada para alcançar as características físicas apropriadas. Nessa modalidade, a chapa de vidro é, em seguida, transportada para fora da estação de resfriamento em um transportador do qual a chapa é transportada para aquisição de imagem e análise pelo sistema revelado 10. Em seguida da medição, a chapa de vidro é movida no transportador 12 para processamento adicional. Será observado que a transportação e o transporte do vidro podem ser alcançados com o uso de técnicas conhecidas, tais como por transportadores de rolo, de flutuação por ar, ou de correia, posicionadores e braços robóticos, a fim de manipular o vidro da maneira descrita. Será observado também que uma pluralidade de transportadores, dentre os quais cada um pode ser controlado independentemente para mover as chapas de vidro através das estações de processamento diferentes em velocidades para orientar eficientemente o fluxo e processamento das chapas de vidro por todo o sistema 200.
[0065] A Figura 12 ilustra de maneira esquematicamente semelhante um sistema em linha de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 em um sistema típico de fabricação de para-brisa de automóvel 300, que pode incluir uma estação de aquecimento 302, uma estação de flexão 304, uma estação de resfriamento 306 e uma estação de laminação 308, a montante do sistema de inspeção óptico 10.
[0066] Os dados selecionados emitidos pelo sistema 10 também podem ser fornecidos como entrada para a lógica de controle para o sistema associado de aquecimento, flexão e revenimento de chapa de vidro 200 (ou sistema de fabricação de para-brisa de automóveis 300) para permitir o controle (ou controles) associado a uma ou mais dentre as estações, para permitir que o sistema de chapa de vidro modifique os parâmetros operacionais do mesmo (dos mesmos) como uma função dos dados ópticos desenvolvidos de chapas de vidro processadas anteriormente.
[0067] Será observado que o sistema de aquisição de dados de superfície de chapa de vidro e de desenvolvimento de definição de superfície 10 da presente invenção pode ser montado em linha em vários outros pontos nos sistemas de fabricação de chapa de vidro mencionados acima em outros sistemas de fabricação de chapa de vidro, conforme desejado para maximizar a taxa de produção do sistema, desde que as medições de distorção óptica sejam obtidas após a chapa de vidro ter sido formada no formato final da mesma.
[0068] Embora as modalidades exemplificativas sejam descritas acima, essas modalidades não estão destinadas a descrever todas as possíveis formas da invenção. De preferência, as palavras usadas no relatório descritivo são palavras de descrição em vez de limitação, e fica entendido que várias mudanças podem ser feitas sem haver afastamento do espírito e do escopo da invenção. Adicionalmente, os recursos de várias modalidades de implantação podem ser combinados para formar modalidades adicionais da invenção.

Claims (12)

1. SISTEMA (10) PARA ADQUIRIR DADOS DE SUPERFÍCIE, a partir de uma das superfícies de uma chapa de vidro (G) curvada geralmente retangular que tem uma superfície de interesse com uma primeira dimensão e uma segunda dimensão, sendo que a chapa de vidro (G) é curvada pelo menos cerca de um ou mais eixos geométricos de curvatura que são geralmente paralelos à primeira dimensão e que desenvolve uma definição de superfície da chapa de vidro (G), sendo que o sistema (10) compreende: um transportador 912) para transportar a chapa de vidro (G) em uma primeira direção geralmente paralela à primeira dimensão da chapa de vidro (G); pelo menos dois visores (14-26), sendo que cada visor (14-26) projeta um padrão contrastante pré-selecionado, pelo menos duas câmeras (28-40); e um controle programável que inclui pelo menos um processador programado para executar lógica para controlar cada uma das câmeras (28-40) para adquirir pelo menos uma imagem do padrão refletido do visor (14-26) associado na chapa de vidro conforme a chapa de vidro (G) é transportada sobre a trajetória do padrão projetado na primeira direção e lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras para construir dados de superfície representativos da superfície da chapa de vidro (G), caracterizado por cada uma das pelo menos duas câmeras (28-40) estar unicamente emparelhada com um dos visores (14-26), em que cada par de visor (14-26) e câmera é montado em uma relação separada, uma distância e ângulo conhecidos da superfície da chapa de vidro (G), de modo que a câmera detecte a imagem refletida do padrão projetado sobre a superfície da chapa de vidro (G) a partir de seu visor associado, e em que cada um dentre os pares de visor e câmera são separados uns dos outros pelo menos em uma segunda direção sobre a segunda dimensão da chapa de vidro (G), de modo que cada câmera detecte a imagem refletida do padrão projetado sobre a superfície da chapa de vidro a partir apenas de seu visor associado, e em que os padrões detectados pelas câmeras (28-40) cobrem em conjunto a superfície inteira na direção da segunda dimensão da chapa de vidro (G).
2. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira dimensão ser a menor dimensão da chapa de vidro (G) e a segunda dimensão ser a maior dimensão da chapa de vidro.
3. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras (28-40) para construir dados de superfície representativos da superfície da chapa de vidro (G) incluir lógica para construir dados de superfície representativos da superfície inteira sobre a segunda dimensão da chapa de vidro (G).
4. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma única imagem dos padrões refletidos projetados pelos visores (14-26) de cada uma das câmeras associadas não poder ser combinada para definir dados representativos da superfície da chapa de vidro (G) sobre a segunda dimensão inteira da chapa de vidro (G) e em que o controle programável inclui pelo menos um processador programado para executar lógica para controlar cada uma das câmeras (28-40) para adquirir múltiplas imagens do padrão refletido do visor (14-26) associado na chapa de vidro, conforme a chapa de vidro (G) é transportada sobre a trajetória do padrão projetado na primeira direção, e lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas múltiplas imagens adquiridas por cada uma das pelo menos duas câmeras (28-40) para construir dados de superfície representativos da superfície da chapa de vidro sobre a primeira dimensão inteira da chapa de vidro (G).
5. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada visor (14-26) incluir uma abertura e em que a câmera associada é montada atrás de seu visor associado de modo que o eixo geométrico principal da câmera associada seja geralmente normal em relação à superfície do visor e a imagem seja recebida pela câmera através da abertura, e em que o controle programável inclui lógica para controlar cada uma das câmeras (28-40) para adquirir múltiplas imagens do padrão refletido do visor associado na chapa de vidro (G), conforme a chapa de vidro é transportada na primeira direção pelo menos por uma distância maior que o tamanho da abertura, e lógica para analisar e combinar os dados das múltiplas imagens para definir dados representativos da superfície da chapa de vidro (G) na área para a qual qualquer uma das imagens adquiridas inclui uma imagem refletida da abertura.
6. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela lógica para analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras (28-40) para construir dados de superfície representativos da superfície da chapa de vidro (G) incluir pelo menos: lógica para desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, um vetor de mapeamento (100) que define onde o raio refletido se projeta a partir da origem de câmera até o visor associado; e lógica para desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, o valor de elevação, s, do ponto, solucionando-se simultaneamente (1) a equação óptica geométrica e (2) a equação geometria diferencial, com o uso do vetor de mapeamento (100).
7. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo padrão contrastante pré-selecionado ser sem repetição sobre a área de visualização inteira da câmera.
8. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo padrão contrastante 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 empregado pela lógica de sistema.
9. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo padrão contrastante pré-selecionado ser um padrão de duas frequências, construído por sobreposição de dois padrões sinusoidais de frequência diferentes em cada uma das direções X e Y do padrão, sendo que os dois padrões sinusoidais de frequência diferentes são girados com relação aos eixos geométricos do sistema de coordenada empregado pela lógica de sistema.
10. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema ser incorporado em um sistema para fabricar chapas de vidro (G) curvadas que inclui múltiplas estações de processamento e um ou mais transportadores (12) para transportar a chapa de vidro (G) de estação para estação durante processamento.
11. MÉTODO PARA ADQUIRIR DADOS DE SUPERFÍCIE DE UMA CHAPA DE VIDRO (G) CURVADA E DESENVOLVER UMA DEFINIÇÃO DE SUPERFÍCIE DA CHAPA DE VIDRO, sendo que a chapa de vidro (G) tem uma primeira dimensão e uma segunda dimensão, sendo que a chapa de vidro (G) é curvada pelo menos cerca de um ou mais eixos geométricos de curvatura que são geralmente paralelos à primeira dimensão, o método incluindo pelo menos as etapas de: transportar a chapa de vidro (G) em uma primeira direção geralmente paralela à primeira dimensão da chapa de vidro; projetar um padrão contrastante pré-selecionado de cada um dos pelo menos dois visores (14-26) na superfície da chapa de vidro (G); fornecer pelo menos duas câmeras (28-40), ; controlar cada uma das câmeras (28-40) para adquirir pelo menos uma imagem do padrão refletido do visor associado dos pelo menos dois visores (14-26) na chapa de vidro (G), conforme a chapa de vidro (G) é transportada sobre a trajetória do padrão projetado na primeira direção; e analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras (28-40) para construir dados de superfície representativos da superfície da chapa de vidro (G); caracterizado pela etapa de fornecer as câmeras incluir unicamente emparelhar cada uma das câmeras com um dos visores (14-26), e montar cada par de visor e câmera em uma relação separada, uma distância e ângulo conhecidos da superfície da chapa de vidro (G) para detectar a imagem refletida do padrão projetado sobre a superfície da chapa de vidro (G) a partir de seu visor associado, e em que cada um dentre os pares de visor e câmera são separados uns dos outros pelo menos em uma segunda direção sobre a segunda dimensão da chapa de vidro (G), de modo que cada câmera detecte a imagem refletida do padrão projetado sobre a superfície da chapa de vidro (G) a partir apenas de seu visor associado, e em que os padrões detectados pelas câmeras (28-40) cobrem em conjunto a superfície inteira na direção da segunda dimensão da chapa de vidro(G).
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa de analisar e combinar os dados adquiridos pelas câmeras (28-40) para construir dados de superfície representativos da superfície da chapa de vidro (G) incluir ainda pelo menos as etapas de: desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, um vetor de mapeamento (100) que define onde o raio refletido se projeta a partir da origem de câmera até o visor associado, e desenvolver, para cada pixel na área de visualização da câmera para cada imagem adquirida, o valor de elevação, s, do ponto, solucionando-se simultaneamente (1) a equação óptica geométrica e (2) a equação geometria diferencial, com o uso do vetor de mapeamento (100).
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