ES2634508T3 - Método y sistema para usar en la inspección y/o eliminación de objetos inapropiados de un flujo de productos y un aparato de clasificación que implementa dicho método y sistema - Google Patents

Abstract

Un sistema de inspección (1) para inspeccionar objetos inapropiados o irregulares en un flujo de productos (2) que se suministran en un flujo continuo hacia dicho sistema de inspección (1), el sistema comprende: medios para explorar (10) el flujo de productos (2) a lo largo de una línea de exploración (S), dichos medios de exploración (10) comprenden al menos una fuente luminosa (11) equipada con un medio de enfoque (26) para dirigir un haz de luz de exploración concentrado (14) a lo largo de dicha línea de exploración (S); el haz de luz (14) impacta en objetos (3, 4) en el flujo de productos (2) y produce un primer componente de luz que se origina a partir del punto de impacto cuyo componente corresponde a la luz directamente reemitida (7') y un segundo componente de luz desde un área que rodea el punto de impacto de dicho haz de luz (14) cuyo componente corresponde a la luz dispersa (8'); y medios (20) para detectar haces de luz (5,6) que provienen del flujo de productos (2) tras la exploración, cuyos medios de detección (20) generan una señal eléctrica proporcional a los haces de luz detectados (5,6), caracterizados por que dichos medios de detección (20) comprenden: un medio de enfoque (21) que es un sistema de lentes convergentes que define un plano de imagen (P2) en el cual se forma una imagen espacialmente enfocada (3', 4') de los objetos (3, 4) del flujo de productos (2), dichos medios de enfoque (21) se adaptan para enfocar dicha imagen (3', 4') en al menos una dimensión, los medios de detección (20) se orientan hacia dicha línea de exploración (S) de modo que los puntos en dicha línea de exploración (S) forman una línea de exploración proyectada (Sp) a lo largo del meridiano de eje (xp) en dicho plano de imagen (P2), la imagen espacialmente enfocada (3',4') de los objetos formándose a lo largo de dicha línea de exploración proyectada (Sp), y por que dichos medios de detección (20) comprenden además medios de filtrado (22) que funcionan en el plano de imagen (P2), los medios de filtrado (22) seleccionándose del grupo de: un medio de filtrado espacial (22) que tiene una abertura alargada (24) sustancialmente configurada como un rectángulo, la altura (H2) de aquella a lo largo de su meridiano de potencia (yp) siendo sustancialmente igual a la altura del componente (7) de la imagen (3', 4') representativa de la luz directamente reemitida (7') por la cual los medios de detección (20) se hacen sensibles a la luz predominantemente reemitida de forma directa solamente (7') que proviene del punto de impacto de dicho haz de luz de exploración (14), y un medio de filtrado espacial (22) que tiene dos aberturas alargadas (24) sustancialmente configuradas como rectángulos espaciados entre sí, la altura (H2) de dicho espaciado a lo largo de su meridiano de potencia (yp) siendo sustancialmente igual a la altura del componente (7) de la imagen (3', 4') representativa de la luz directamente reemitida (7'), y las alturas (H3, H4) de las aberturas (24) a lo largo de su meridiano de potencia (yp) siendo sustancialmente iguales a la altura del componente (8) relacionado con la luz dispersa (8'), por lo cual el paso de la luz directamente reemitida (7') se bloquea y los medios de detección (20) se hacen sensibles a la luz predominantemente dispersa solamente (8') que proviene de un área que rodea el punto de impacto de dicho haz de luz (14) en dichos objetos (3, 4).

Description

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8, se requiere una ventana unidimensional w, que filtra espacialmente dicha imagen I en P2 en la dirección yp perpendicular a dicha línea de exploración proyectada Sp.

Los medios de detección 20 comprenden, durante el funcionamiento, medios de conversión 25 para convertir las señales ópticas detectadas 5, 6 en una señal eléctrica. Las señales eléctricas así obtenidas son representativas predominantemente de la luz 7 que se reemite directamente y/o de la luz 8 que se dispersa desde un área que rodea el punto de impacto o una combinación de ellas.

La Figura 3 ilustra un sistema de inspección 1 según una segunda realización. El sistema de inspección 1 comprende medios para explorar 10 un haz concentrado 12 en el flujo de productos 2, medios para detectar 20 haces de luz 5, 6 reemitidos por el flujo de productos 2 tras la exploración.

En la presente realización, los medios de detección 20 y los medios de exploración 10 se posicionan en lados opuestos del flujo de productos 2. La configuración según la Figura 3 permite, por consiguiente, detectar luz transmitida usando los mismos medios de exploración 10 y elementos de detección 20 que aquellos usados en la realización ilustrada en la Figura 2, e ilustrar así la flexibilidad del sistema de inspección 1 descrito en los sistemas descritos en la técnica anterior. La presente realización es de uso particular cuando se inspeccionan objetos translúcidos o transparentes. Dichos objetos translúcidos o transparentes pueden ser productos granulados como, por ejemplo, partículas de alimentos, p.ej., pasas, partículas no alimentarias como, por ejemplo, bolitas. Dichos objetos pueden ser también objetos planos como, por ejemplo, placas translúcidas o transparentes, p.ej., placas de vidrio, placas plásticas. La realización ilustrada por la Figura 3 permite, entre otras cosas, la inspección de placas de vidrio como, por ejemplo, ventanas, para detectar defectos u objetos no deseados incorporados en o sobre las placas de vidrio, p.ej., burbujas de aire en la placa de vidrio o en complementos adosados a la placa de vidrio o en los recubrimientos. Las placas translúcidas o transparentes se proveen a los medios de exploración en la forma de un flujo. Normalmente, una placa se refleja si un número predefinido de defectos u objetos no deseados se detecta dentro del área explorada de la placa. De manera alternativa, las áreas, secciones o líneas con defectos se marcan y luego se cortan y rechazan.

Un sistema de inspección 1 según las realizaciones de la invención pueden tener una fuente luminosa 11 y múltiples medios de detección 20 ubicados a diferentes lados del flujo de productos de modo que con un haz de luz de exploración 14 la luz reemitida directamente, luz dispersa, toda la luz y la luz transmitida se pueden detectar para cada objeto explorado 3.

En las realizaciones ilustradas por las Figuras 2 y 3, el efecto de exploración se obtiene proyectando un haz de luz 12 hacia un espejo poligonal 13 que rota. Sin embargo, el efecto de exploración se puede obtener por otros medios. El espejo movible 13 no necesita ser un espejo que rota, sino que puede ser un elemento de espejo de una matriz de espejo óptico configurable (no se muestra). La posición de dicho espejo y, por lo tanto, el ángulo en el cual el haz concentrado 12 se refleja hacia el flujo de productos puede variar aplicando fuerzas electrostáticas a los elementos de espejo. Dichas matrices de espejo se conocen en la técnica y se usan, por ejemplo, en conmutadores ópticos, litografía sin máscara y cine, visualizaciones o televisión digital. Normalmente, dichas matrices de espejo se fabrican como un Sistema Micro Electromecánico (MEMS, por sus siglas en inglés) que usa procesos de fabricación conocidos a partir de la tecnología semiconductora. Dichos dispositivos MEMS se proveen, entre otros, por SAMSUNG, o Texas Instruments, donde se conocen como DLP® (Tecnología de Procesamiento Digital de Luz). El concepto de matrices digitales de microespejo se describe, entre otros, por Jack Younse en "Mirrors on a chip", en IEEE volumen 30, emitido el 11 de noviembre de 1993, páginas 27-31. El concepto de un explorador óptico que usa microespejos se describe, por ejemplo, en la solicitud de EE.UU. US 20060023284 publicada. En cualquier caso, dichos medios de exploración 10 no se pueden usar en la técnica anterior porque no permiten la segunda función, más concretamente, la función de detección y la des-exploración de la imagen I.

El efecto de exploración en las realizaciones según la invención se puede obtener por medios diferentes a los espejos, según se ilustra en la Figura 4a,b. Una ventaja de la presente invención es que la luz que se origina a partir de los productos explorados no necesita reflejarse por el mismo espejo que provee el efecto de exploración. Por lo tanto, los medios de exploración 10 son solamente para proveer un haz de luz de exploración 14 y no para recoger luz 5, 6 que se origina a partir del flujo de productos 2. En oposición a la técnica anterior, los medios de exploración 10 se pueden usar para generar un haz de luz de exploración 14 solamente.

Por ejemplo, los medios de exploración 10 pueden ser una fuente luminosa 11 que rota, la cual, tras la rotación, provee un haz de láser 14 que se mueve sobre el flujo de productos 2. Los medios de exploración 10 pueden ser una matriz de fuentes luminosas 11 como, por ejemplo, fuentes de láser, p.ej., diodos de láser o cualquier otra fuente que provea un haz de luz concentrado como, por ejemplo, una fuente luminosa colimada y enfocada, que se dispone, de manera funcional, para proveer la exploración del flujo de productos 2, como se ilustra en la Figura 4a. Existen varias maneras de controlar 27 una matriz de fuentes luminosas 11 para proveer un efecto de exploración. Las fases relativas de los haces de luz individuales 12 emitidos por las respectivas fuentes luminosas 11 pueden variar de modo tal que un patrón de luz de la matriz se refuerza en una dirección deseada y se suprime en otras direcciones. Dicha matriz en fases se puede usar, por consiguiente, para proveer un haz de luz de exploración 14.

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De manera alternativa, si las fuentes luminosas 11 se disponen en una matriz lineal, el circuito de control electrónico 27 se puede proveer para encender, de manera secuencial, las fuentes luminosas individuales 11 una después de la otra de modo que los puntos de luz sucesivos se generan en el flujo de productos. En otra realización preferible, las fuentes luminosas individuales 11 se pueden encender de manera permanente, por medio de lo cual se produce una línea de exploración estática. Preferiblemente, la matriz lineal se diseña para cubrir el ancho completo del flujo de productos 2 de modo que todos los objetos que pasan se pueden explorar. En la Figura 4b, los medios de enfoque 26 se muestran explícitamente en conexión óptica con la fuente luminosa 11 generando una lámina estática 14 de luz concentrada en una dimensión. Una fuente luminosa 11 difusa puede dirigir la luz 12 hacia dichos medios 26 que pueden ser un colimador en combinación con una lente cilíndrica convergente o, de manera alternativa, un generador de haz de láser 11 se puede dirigir hacia dichos medios 26 que, en el presente caso, pueden ser, por ejemplo, una malla reticular. Aún otra manera de generar una línea de exploración estática es usar un proyector, un dispositivo conocido para proyectar imágenes, y proyectar una imagen de una línea (no se muestra). Dichos medios de exploración 10 son de uso particular para la detección de defectos en situaciones donde dichos defectos solamente necesitan detectarse hasta el momento en el cual ocurren y no hasta su posición exacta a lo largo de la línea de exploración. Un ejemplo típico es la inspección de recubrimientos de cristal o la falta de ellos. Cuando se detecta dicha deficiencia, toda la placa de vidrio actualmente inspeccionada se elimina o una línea de vidrio completa se etiqueta para la posterior eliminación.

La invención actual no se limita, sin embargo, a las realizaciones descritas más arriba y cualquier haz de luz de exploración 14 enfocado en al menos una dimensión, más concretamente, con dr > 0 (dr definido como el número de dimensiones en las cuales se concentra la luz incidente) cae dentro del alcance de su protección.

Una persona con experiencia en la técnica se dará cuenta de que se puede usar más de una fuente luminosa. Las configuraciones ilustradas por las Figuras 2, 3, 4a o 4b solo emplean una fuente luminosa 11 que provee un solo haz de luz 12 de una longitud de onda específica o dentro de un rango (continuo) específico de longitud de onda. En algunas aplicaciones, puede ser ventajoso explorar el flujo de productos 2 con más de un haz de luz 14 o poder elegir entre diferentes haces de luz disponibles. Cada haz de luz tiene una longitud de onda diferente o un rango (continuo) de longitudes de onda. Las respectivas longitudes de onda se seleccionan en función de los productos que se explorarán, en particular, en función de su respuesta y/o sensibilidad al haz de luz de exploración como función de la longitud de onda. Por ejemplo, el flujo de productos se puede explorar de manera simultánea con un haz de luz infrarrojo y uno verde. Otras aplicaciones requieren otras combinaciones de longitudes de onda, como apreciarán las personas con experiencia en la técnica.

La Figura 5 ilustra dicha configuración de un sistema de inspección 1 que comprende múltiples fuentes luminosas 11, 11' para generar múltiples haces de luz 12, 12'. En dicha configuración, que se muestra en la Figura 5, el haz de luz 12, 12' de cada fuente luminosa 11, 11' se refleja hacia el espejo movible 13 mediante un espejo semitransparente o dicroico 15, 15' de modo que los haces de luz 12, 12' impactan en el espejo movible 13 en sustancialmente la misma posición y los haces de luz 14 explorarán el flujo de productos 2 en sustancialmente el mismo plano. Los espejos semitransparentes 15, 15' se alinean a lo largo del mismo eje óptico. Cada espejo semitransparente 15 refleja la luz 12 desde la fuente luminosa 11 correspondiente hacia el espejo movible 13, mientras se atraviesa la luz 12' reflejada desde otros espejos 15' a lo largo del eje óptico.

Como puede apreciar una persona con experiencia en la técnica, la posición de los medios de detección 20 se puede elegir libremente dado que los medios de exploración 10 y medios de detección 20 no se sincronizan entre sí y funcionan independientemente unos de otros. En oposición a la técnica anterior, la posición de los medios de detección 20 se puede seleccionar, por consiguiente, en vista del espacio disponible, la detección optimizada o el tipo de señales de luz 5 que se detectarán, p.ej., reflectiva o transmisora sin impactar en la posición de los medios de exploración 10. Si se usan múltiples medios de detección 20, 20', dichos medios de detección 20, 20' se pueden posicionar en el mismo lado de los medios de exploración 10 o a lados diferentes de los medios de exploración 10, como se ilustra en la Figura 5. Los medios de exploración 10 y los medios de detección 20 se pueden ubicar al mismo lado del flujo de productos 2, como se ilustra en la Figura 2, o a lados opuestos del flujo de productos 2, como se ilustra en la Figura 3. Una persona con experiencia en la técnica se dará cuenta de que se pueden concebir otras combinaciones de medios de detección 20 y medios de exploración 10, p.ej. múltiples medios de detección 20, 20' posicionados de manera opuesta a los medios de exploración 10 de modo tal que la transmitancia de los objetos en el flujo de productos 2 en varias longitudes de onda se puede medir.

Dado que el flujo de productos 2 se explora por haces de luz 14, 14' con diferentes longitudes de onda, los medios de detección 20, 20' apropiados necesitan preverse. Preferiblemente, el número de medios de detección 20, 20' es igual al menos al número de haces de luz de exploración 14, 14' de modo que cada medio de detección 20, 20' se puede seleccionar para que sea sensible a una longitud de onda diferente. Más preferiblemente, el número de medios de detección 20, 20' supera el número de haces de luz de exploración 14, 14', por lo cual los medios de detección sintonizados en la misma longitud de onda son sensibles a diferentes regiones (a saber, región dispersa y/o región directamente reemitida) en la imagen I formada. Cada medio de detección 20 puede tener diferentes configuraciones de parámetros (p.ej., ganancia, desplazamiento, etc.) y su función se puede optimizar independientemente de los otros medios de detección 20'.

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Mientras en la realización ilustrada por la Figura 5 los haces de luz individuales 12, 12' se dirigen hacia el espejo movible 13 a lo largo del mismo eje óptico, uno puede dirigir los haces de luz 12, 12' a lo largo de ejes ópticos diferentes al espejo movible 13, y evitar así el uso de espejos dicroicos 15, 15' para alinear los haces de luz individuales 12, 12'. Los haces de luz individuales 12, 12' ahora impactan en el espejo movible 13 bajo diferentes ángulos, brindando cada haz de luz 12, 12' tras el reflejo por el espejo movible 13 un haz de exploración 14, 14' que resulta en una línea de exploración S, S' del mismo ancho. Las líneas de exploración S, S' de los haces de luz individuales 12, 12' se seleccionan para superponerse al menos parcialmente de modo que las líneas de exploración superpuestas corresponden al ancho D del flujo de productos explorado. La presente realización se ilustra por la Figura 6. En la técnica anterior, dicha optimización es imposible por el uso de un espejo con orificio que se usa para separar el haz de luz de origen de la luz de retorno recogida. El orificio en el espejo tendría que ser demasiado grande.

Una persona con experiencia en la técnica apreciará que un efecto similar se puede lograr posicionando cada fuente luminosa 11, 11' bajo un ángulo espacial diferente. En cualquier caso, es claro que dichas configuraciones no se pueden concebir en la técnica anterior.

El sistema de inspección 1 según las realizaciones de la presente invención permite a cada haz de luz 14 explorar el flujo de productos 2 en un plano separado porque los medios de exploración 10 solamente proveen el haz de luz de exploración 14 y no necesitan recoger la luz 5, 6 que retorna del flujo de productos 2. Los medios de exploración 10 y los medios de detección 20 se desacoplan y funcionan independientemente unos de otros. Por lo tanto, los medios de exploración 10 comprenden múltiples fuentes luminosas giratorias 11, 11' o múltiples matrices de fuentes luminosas 11, 11' como, por ejemplo, una matriz lineal de diodos de láser es aplicable en sistemas de inspección 1 según las realizaciones de la presente invención.

En lugar de tener un espejo movible desde la fuente luminosa 13, uno puede elegir tener múltiples espejos movibles 13, cada espejo vinculado, de forma funcional, a una fuente luminosa 11 (no se muestra). Si, por ejemplo, una matriz de espejo óptico configurable se usa según se describe más arriba, cada elemento de espejo en dicha matriz se puede asociar a una fuente luminosa individual.

En los sistemas de detección de la técnica anterior, el haz de luz 14 proyectado hacia el flujo de productos 2 y los haces de luz 5, 6 recogidos desde el flujo de productos 2 necesitan estar en el mismo plano ya que ambos pasan por elementos comunes de los medios de exploración. En los sistemas de inspección 1 según la presente invención, uno puede elegir en qué ángulo se ubican los medios de detección 20 con respecto al plano de exploración, a saber, el plano en el cual el haz de luz de exploración 14 se mueve hacia atrás y hacia adelante en el flujo de productos 2.

En la configuración ilustrada por la Figura 7, los medios de detección 20 se posicionan en un ángulo con respecto a los medios de exploración 10. Por lo tanto, el haz de luz de exploración 14 hacia el flujo de productos 2 y el haz de luz recogido 5 que retorna desde el flujo de productos 2 se propagan sustancialmente en diferentes planos. Si se usan múltiples haces de luz de exploración 14, 14', los medios de exploración 10 se pueden posicionar de modo que los planos de exploración correspondientes se inclinan ligeramente inclinados unos hacia otros. La Figura 7 se puede considerar una vista lateral de la Figura 2 con solamente una fuente luminosa 11 y medios de exploración 10 cuando se mira de derecha a izquierda. La Figura 7 además muestra un conducto inclinado 31 para guiar el flujo de productos 2 hacia el plano de exploración. Detrás del flujo de productos 2, a saber, en el lado opuesto al lado donde se ubican los medios de exploración, se provee un elemento de fondo 30 que se usa, entre otras cosas, para calibrar y corregir el sistema de inspección 1 y para proveer una referencia óptica.

De manera opcional, el haz de luz de exploración 14 se puede dirigir hacia el flujo de productos 2 a través de una ventana semitransparente de modo que el haz de luz de exploración puede atravesar dicho espejo semitransparente para impactar en el flujo de productos. Dicho espejo permite dirigir el haz de luz de exploración hacia el flujo de productos pero sustancialmente evita que los haces de luz que retornan del flujo de productos entren en los medios de exploración, en particular, la fuente luminosa, e impacten negativamente en la función de los medios de exploración, en particular la fluente luminosa 11.

La Figura 8 muestra una realización que ilustra la distancia reducida entre los medios de exploración 10 y el flujo de productos 2 explorado en comparación con la técnica anterior para el mismo ancho de exploración D. La distancia entre la rueda poligonal giratoria 13 y el flujo de productos 2 se mantiene igual para la configuración de la técnica anterior y la configuración según una realización de la invención. Sin embargo, como se puede ver en la propia Figura 8, y según se explica más abajo, la distancia óptica se reduce de manera significativa.

Se puede ver que con ruedas poligonales 13, el ángulo en el cual el haz de luz de exploración 14 se mueve es de 4π/n; siendo n el número de superficies de extremo reflejantes. Si se usa una rueda poligonal giratoria 13' según la técnica anterior, el número de superficies de extremo reflejantes para una dimensión dada de la rueda poligonal 13' se limita porque el área de cada espejo debe ser lo suficientemente grande para recoger suficiente luz entrante. Con el fin de aumentar el ángulo en el cual la rueda poligonal explora una distancia óptica dada hasta el flujo de

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productos 2, el número de dichos espejos debe reducirse. Desafortunadamente, ello también reducirá, en forma proporcional, la frecuencia de exploración. Dado que las ruedas poligonales 13' de los tamaños requeridos por la técnica anterior se encuentran limitadas en la velocidad giratoria, uno puede, por lo tanto, no reducir el número de espejos tanto como en la invención actual. Si un flujo de productos 2 se explora en un ancho D, solo hay un parámetro restante: la distancia entre la rueda poligonal y el flujo de productos 2. Se debe aumentar hasta que el ancho de exploración D encaje dentro del ángulo de exploración del haz de luz de exploración 14' en la posición del flujo de productos 2. En consecuencia, el espaciado entre el flujo de productos 2 y los medios de exploración 10 puede ser considerablemente grande, por ejemplo, en las disposiciones actuales es de 1,8m para obtener un ancho de exploración de 1,2m. En la invención actual, los medios de detección 20 se desacoplan de los medios de exploración 10, por lo cual las mismas restricciones de tamaño para las facetas poligonales ya no se aplican y se pueden elegir ruedas poligonales 13 mucho más pequeñas que pueden rotar a velocidades mucho más altas a distancias más cercanas.

Las soluciones de la técnica anterior para reducir dicho espaciado comprenden plegar los haces de exploración 14'. Dicho enfoque se ilustra en la Figura 8, donde las líneas punteadas denotan el haz de luz de exploración 14' plegado. Después de reflejarse por la rueda poligonal giratoria 13', el haz de luz de exploración 14' se refleja hacia atrás por un primer espejo 16 hacia un segundo espejo 16'. Dicho segundo espejo 16' refleja, a su vez, el haz de luz de exploración 14' hacia el flujo de productos 2 para su exploración. La luz que retorna del flujo de productos 2 tras la exploración seguirá el mismo gran trayecto óptico entre la rueda poligonal giratoria 13' y el flujo de productos 2 según se indica mediante las líneas punteadas. Para la misma longitud de trayecto óptico y, por lo tanto, para la misma dispersión espacial del haz de luz de exploración 14', el enfoque de plegado permite posicionar los medios de exploración 10 más cerca del flujo de productos 2 en comparación con la configuración donde la luz 12 se reemite directamente por la rueda poligonal giratoria 13' hacia el flujo de productos para su exploración 14'. Sin embargo, dado que la longitud del trayecto óptico permanece igual, la energía del haz de luz de exploración 14' se distribuirá sobre un área más grande. Con el fin de compensar la intensidad de luz reducida, fuentes luminosas 11 más potentes o medios de conversión 25 más sensibles se necesitan en la técnica anterior.

En un sistema de inspección 1 según las realizaciones de la invención, el número de superficies de extremo reflejantes de la rueda poligonal giratoria 13 se puede reducir fácilmente según se describe, entre otras, en la realización ilustrada en la Figura 2. A medida que las superficies de extremo reflejantes se reducen, el ángulo de exploración aumenta. Ello se ilustra en la Figura 8 mediante las líneas continuas 14 que denotan la luz reflejada por una rueda poligonal 13 según las realizaciones de la invención. Con el fin de enseñar la invención, la rueda poligonal 13 y el flujo de productos 2 se ubican en la misma posición que para un sistema de inspección de la técnica anterior que comprende un sistema de plegado 16, 16'. Sin embargo, el polígono 13 se dibuja considerablemente más pequeño para indicar la diferencia con las dimensiones poligonales de la técnica anterior. En la posición del flujo de productos 2, el ancho de exploración D deseado se obtiene incluso para un espaciado reducido entre la rueda poligonal giratoria 13 y el flujo de productos 2 sin una configuración de espejo de plegado. Por lo tanto, un sistema de inspección 1 según las realizaciones de la invención permite obtener un gran ángulo de exploración en un espacio limitado y una distancia óptica limitada entre los objetos que se explorarán y los medios de exploración 10 y reducir así la complejidad y coste en comparación con la técnica anterior.

Como se indica en la realización ilustrada en la Figura 2, no se obtiene ninguna imagen estática del flujo de productos 2 inspeccionado cuando los medios de enfoque 21 enfocan en ambas dimensiones planas xp e yp. Los haces de luz 5 que se originan a partir de un objeto 3 producen una imagen 3' en P2 en una posición predeterminada en los medios de detección 20. Asimismo, los haces de luz 6 que se originan a partir de un objeto 4 en otra posición en el flujo de productos 2 producen una imagen 4' en P2. La imagen 4' del objeto 4 se proyecta, sin embargo, en otra posición predeterminada en P2. Mientras el punto del haz de luz de exploración 14 se desplaza a lo largo de la línea de exploración S en el flujo de productos 2, la imagen correspondiente 3', 4' en P2 también se desplaza de forma lineal a lo largo de la correspondiente línea de exploración proyectada Sp, en lugar de proyectarse en sustancialmente el mismo punto, brindando una imagen des-explorada estática, como es el caso en la técnica anterior. Una persona con experiencia en la técnica se dará cuenta de que durante el funcionamiento efectivo se provee solo una imagen a la vez y la presentación de ambas imágenes 3' y 4' en el mismo dibujo es solamente ilustrar el efecto temporal presente en la invención actual.

Los medios de conversión 25, cuando están presentes, recibirán luz en diferentes posiciones de su área activa. Con el fin de enseñar la invención, tanto el flujo de productos como los medios de detección se muestran en una vista frontal que ilustra cómo la luz se origina a partir de los objetos explorados y además ilustra las imágenes 3', 4' obtenidas. Los medios de detección 20 que comprenden los medios de enfoque 21 se muestran en la vista superior para ilustrar las realizaciones diferentes de manera más clara.

En la realización ilustrada en la Figura 9, la luz 5 que se origina desde el flujo de productos 2, si se reemite directamente 7 o se dispersa 8, se enfoca por los medios 21 en dos dimensiones de modo que un punto de imagen individual 3' en una posición predeterminada individual se forma para cada objeto explorado 3 dependiendo de la posición del objeto a lo largo de la línea de exploración S del haz de luz de exploración 14. Los medios de enfoque 21 se pueden llevar a cabo con una lente esférica o asférica 23, más preferiblemente con un sistema de lentes

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convergentes que enfocan la luz reemitida 5, 6 en dos dimensiones. El diseño de dicho sistema de lentes se puede dirigir por una persona con experiencia en la técnica y puede incorporar cualquier diseño conocido que impacte de forma positiva en el rendimiento de los medios de detección 20.

En la presente realización, una exploración del haz de luz de exploración 14 en el flujo de productos resultará en una matriz lineal de imágenes individuales 3', 4' en los medios de detección 20; el círculo interno correspondiente a la luz directamente reemitida 7' detectada y el área circular circundante correspondiente a la luz dispersa 8' detectada. Regiones iguales en las imágenes 3', 4' tienen iguales coordenadas yp pero coordenadas xp que varían. Con el fin de apreciar en cualquier momento la cantidad total de energía presente en la luz detectada relacionada con la luz directamente reemitida 7' detectada y luz esparcida 8' un filtro espacial w tiene que ser funcional en el filtrado P2 de dichas imágenes 3', 4' solamente en la dirección yp perpendicular a dicha línea de exploración proyectada Sp.

Aunque la Figura 9 demuestra una situación donde los objetos 3, 4 se exploran con un punto de luz concentrado, se ha advertido que una realización idéntica produciría los mismos resultados cuando la iluminación se realiza usando una lámina de luz concentrada, más concretamente, una iluminación concentrada en solo una dimensión. Cuando se usa un solo medio de conversión 25 de luz sensible, por ejemplo un tubo fotomultiplicador, la señal de salida de dicho medio de conversión solo será indicativa de la cantidad de luz presente en dicha imagen proyectada I y la ubicación de los objetos individuales 3, 4 a lo largo de S se puede recuperar. Por lo tanto, uno puede determinar solamente la presencia de un objeto 3, 4 a lo largo de la línea de exploración S. Sin embargo, en algunas aplicaciones ello es suficiente, por ejemplo cuando se encuentran defectos de recubrimiento en hojas de vidrio. En una realización alternativa, los medios de conversión 25 comprenden una matriz de elementos sensibles a la luz, por ejemplo un chip de cámara CCD o una matriz de tubos fotomultiplicadores, lo cual produce una señal digital representativa de dicha imagen proyectada I en P2. Mediante el uso de técnicas de procesamiento de imágenes conocidas, la línea de exploración proyectada Sp se puede recuperar a partir de dicha imagen digital y las ubicaciones exactas de los objetos 3, 4 se pueden extraer, como apreciará una persona con experiencia en la técnica. En una combinación preferible, la función de ventana w se implementa en software de modo que el filtrado se puede llevar a cabo en la imagen digitalizada.

Los medios de enfoque 21 se usan para obtener una imagen 3' del objeto explorado 3. Como se muestra en la Figura 9, la imagen obtenida es muy pequeña ya que la relación entre el ancho explorado D y el ancho d del área activa de los medios de conversión 25 puede ser un factor de 100 o más, normalmente un factor de 150. Asimismo, la altura de la imagen a lo largo de la dirección yp se escalona por el mismo factor. Por ejemplo, para un haz concentrado con un diámetro en sección transversal de 2 mm (que es típico), la imagen de la luz directamente reemitida estará en el orden de 15µm a lo largo de yp. Un diafragma 22 totalmente caracterizado por dicha función de filtro espacial w necesita construirse con características mecánicas en el orden de los micrometros. Una persona con experiencia en la técnica se puede dar cuenta de ello usando técnicas como la electroformación, litografía, cromo vaporización en vidrio y similares.

La Figura 10 ilustra una realización en donde los medios de enfoque 21 comprenden una lente cilíndrica plana convergente 23 de modo que una imagen real se obtiene enfocada solamente en la dirección yp. Más preferiblemente, los medios de enfoque 21 comprenden un sistema de lentes convergentes que enfoca la luz reemitida 5, 6 en una dimensión, más específicamente en la dirección yp. El diseño de dicho sistema de lentes se puede llevar a cabo por una persona con experiencia en la técnica y puede incorporar cualquier diseño conocido que impacte positivamente en el rendimiento de los medios de detección 20. Con el fin de enseñar la invención, las imágenes de dos objetos explorados 3, 4 provistos por los medios de detección 20 se muestran juntas aunque en el presente caso el efecto temporal se ofusca de alguna manera porque ambos objetos 3, 4 producen la misma imagen superpuesta, en líneas. Una lente cilíndrica posicionada como se muestra en la Figura 10 tiene una magnificación vertical, más precisamente una magnificación a lo largo de su meridiano de potencia, pero no altera la luz en la dirección perpendicular y es, por consiguiente, particularmente útil en sistemas de inspección según las realizaciones de la presente invención, más concretamente, la magnificación en la dirección yp se puede elegir independientemente del factor D/d. Después de atravesar dichos medios de enfoque 21, los haces de luz recogidos 5 se enfocarán y magnificarán a lo largo del meridiano de potencia, más precisamente a lo largo de la dirección yp, mientras que en la dirección xp los haces de luz no se enfocan y resultan en una imagen en líneas como se ilustra en la Figura 10.

En la realización ilustrada por la Figura 10, cada fuente puntual 3', 4' se reflejará como tres bandas lineales de energía; la banda lineal interna o banda correspondiente predominantemente al componente de luz directamente reemitida 7 de la imagen de la luz detectada 5 que tiene una altura K2, las dos bandas externas a lados opuestos de la banda interna correspondientes al componente de luz dispersa 8 de la imagen de la luz detectada 5 que tienen alturas respectivas K3 y K4. La altura total de la imagen 3 será K1, que es la suma de K2, K3 y K4. Cada fuente puntual 3 a lo largo de la línea de exploración S del flujo de productos 2 explorado producirá una línea o franja de imagen lineal 3 en todo el ancho activo d de los medios de conversión 25 en lugar de un punto en una coordenada particular (xp,yp). Sin embargo, uno puede diferenciar entre imágenes 3', 4' de objetos explorados 3, 4 sucesivos correlacionando el progreso temporal del haz de exploración 14 con la imagen lineal obtenida. Cada momento en el tiempo corresponde a una posición predeterminada del punto de exploración 14 y, por lo tanto, la distribución de

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Dependiendo de qué parte de la luz 5 recogida en los medios de detección 20 se convertirá en una señal eléctrica, el sistema de inspección 1 comprende:

-medios de detección 20 que tienen un campo visual de modo que los medios de detección 20 son sensibles a toda la luz recogida por los medios de enfoque 21 en cuyo caso esencialmente toda la luz que alcanza dichos medios de detección 20 se convierte,

-medios de detección 20 que tienen un campo visual de modo que dichos medios de detección 23 son sensibles predominantemente solo a la luz reemitida de forma directa 7 en cuyo caso predominantemente solo la luz emitida de forma directa se convierte, o

-medios de detección 20 que tienen un campo visual de modo que dichos medios de detección 20 son sensibles sustancialmente solo a la luz dispersa 8 en cuyo caso solo la luz dispersa 8 se convierte.

Un sistema de inspección 1 puede comprender cualquiera de dichos medios de detección o cualquier combinación de ellos. En cuanto al ejemplo ilustrado por la Figura 5, un sistema de inspección 1 puede comprender más de un medio de detección 20, 20'. Cada uno de dichos medios de detección 20, 20' se puede seleccionar para que sea sensible a una longitud de onda específica o rango de longitudes de onda y/o para que sea sensible a luz predominantemente reemitida de forma directa 7, a luz dispersa 8 o a ambas.

En una realización particular de la invención, el sistema de inspección 1 comprende un primer medio de detección 20 que tiene un campo visual de modo que dicho medio de detección 20 es sensible a predominantemente solo la luz reemitida de forma directa 7 y un segundo medio de detección 20' que tiene un campo visual de modo que dicho medio de detección 20' es sensible sustancialmente solo a la luz dispersa 8. En la presente configuración, los circuitos de control puede sumar las señales eléctricas correspondientes a la luz reemitida predominantemente de forma directa convertida 7 y la luz dispersa convertida 8 para obtener una señal eléctrica representativa tanto para la luz directamente reemitida como para la luz dispersa convertida. De esta manera, se pueden generar tres señales de control correspondientes a la luz predominantemente reemitida de forma directa 7, luz dispersa 8 o ambas.

En otra realización de la invención, el sistema de inspección comprende un primer medio de detección 20 que tiene un campo visual de modo que dicho medio de detección 20 es sensible solo a la luz predominantemente reemitida solo de forma directa 7 y un segundo medio de detección 20' que tiene un campo visual de modo que dicho medio de detección 20' es sensible tanto a la luz directamente reemitida 7 como a la luz dispersa 8. En la presente configuración, el circuito de control puede sustraer las señales eléctricas provistas por el primer 20 y al segundo 20' medio de detección para obtener una señal eléctrica representativa para la luz sustancialmente dispersa 8 solamente. De esta manera, se pueden generar tres señales de control correspondientes a la luz predominantemente reemitida de forma directa 7, luz dispersa 8 o ambas.

Como se describe en las realizaciones previas, los medios de detección 20 proveen una imagen 3' de cada objeto explorado 3 que será una imagen en líneas 3' a lo largo de la línea de exploración proyectada Sp como se ilustra por la Figura 10 o una imagen 3' que se mueve a lo largo de la línea de exploración proyectada Sp según la exploración del flujo de productos 2. En el último caso, la imagen en movimiento 3' puede ser circular como se ilustra en la Figura 9 o elíptica como se ilustra en la Figura 11.

En cualquier caso, parte de la imagen 3' formada en los medios de detección se relaciona con la luz directamente reemitida 7 detectada, mientras que otra parte se relaciona con la luz dispersa 8 detectada. Debido al carácter lineal de dichas imágenes, los diafragmas circulares de la técnica anterior no se pueden usar para permitir el paso de partes seleccionadas de cada imagen para diferenciar entre los diferentes componentes de la luz detectada, más concretamente no se pueden caracterizar por una función de filtrado espacial w apropiada.

En las Figuras 12a, b y c se muestra una solución para permitir el paso de partes seleccionadas de luz 5 recibida por los medios de detección 20 en un sistema de inspección 1 según cualquiera de las realizaciones. El dispositivo 22 es un dispositivo de diafragma que tiene una abertura tipo hendidura 24. Las dimensiones de la abertura 24 se seleccionan en correspondencia con las dimensiones de dicha imagen 3' o componentes de aquella obtenidos por los medios de enfoque 21 para producir el campo visual específico. La abertura 24 se puede formar como una abertura rectangular en una placa pero puede ser también una región rectangular en una placa, dicha región siendo transmisora para sustancialmente solo la longitud de onda o rango de longitudes de onda de la luz que se origina a partir del flujo de productos 2 explorado mientras el resto de la placa bloquea cualquier luz. En otra realización, el elemento 22 puede ser un mapa de bits almacenado en una memoria electrónica o se puede implementar como la función de filtrado w en software.

El diafragma 22 es, por definición, una subregión de dicho plano de imágenes P2 . Dicho plano P2 coincide sustancialmente con el plano de imagen de enfoque de los medios de detección 20. La apertura de la abertura 24 se alinea a lo largo de la línea de exploración proyectada Sp. Las características delimitadoras del campo visual del diafragma 22 se describen totalmente por una función de filtrado espacial unidimensional o ventana w dependiente solamente de la dirección yp. El campo que delimita los dispositivos 22 es universalmente aplicable a cualquiera de

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imagen 3' correspondiente a la luz directamente reemitida 7 puede aumentar de modo que las partes externas de la imagen 3' correspondientes a la luz dispersa 8 se dirigen además corriente abajo fuera del área activa de los medios de conversión 25. Por lo tanto, dichas partes externas no se pueden convertir por los medios de conversión 25 y se obtiene una señal eléctrica representativa de la luz predominantemente reemitida de forma directa solamente 7.

La función de ventana característica w puede tomar otras formas aparte de las dadas más arriba. Por ejemplo, una función gaussiana a lo largo de yp puede ser apropiada también, asimismo otras funciones de ventana se pueden personalizar para la aplicación a mano, como puede apreciar una persona con experiencia en la técnica.

Cuando se clasifican productos, las señales eléctricas se generan de forma proporcional a la luz predominantemente reemitida de forma directa 7, luz dispersa 8, luz transmitida o cualquier luz que se origina a partir del producto explorado 3 y recogida y recibida 5 posteriormente por los medios de detección 20. Dichas señales eléctricas se pueden procesar de forma separada, p.ej., amplificada. De manera opcional, se generan señales eléctricas que son una combinación de cualquiera de las señales de luz de más arriba. Un sistema de inspección 1 según cualquiera de las reivindicaciones puede, por consiguiente, comprender además medios de conversión 25 para convertir la luz detectada 5 en una señal eléctrica. De manera opcional, un conducto luminoso o una pequeña lente de enfoque (no se muestra) se posiciona entre el dispositivo delimitador 22 y los medios de conversión 25 para guiar o dirigir la luz hacia dichos medios de conversión 25.

Preferiblemente, la señal eléctrica analógica de los medios de conversión se transforma en una señal digital usando convertidores analógicos-digitales conocidos. Como se establece más arriba, un sistema de inspección 1 según cualquiera de las realizaciones puede además comprender circuitos de control en comunicación funcional con los medios de detección 20 para recibir dichas señales eléctricas. Los circuitos de control generan entonces señales de control basadas en señales eléctricas individuales o una combinación de cualquiera de dichas señales eléctricas. Cualquier función matemática se puede aplicar a las señales eléctricas usando circuitos electrónicos conocidos y equipo de procesamiento de datos electrónicos. Las señales se pueden manipular por los circuitos de control, p.ej. mediante suma, resta, multiplicación u otro procesamiento de cualquier manera conocida.

Dado que la luz 5 recibida por los medios de detección 20 no pasa por los medios de exploración 21, la cantidad de luz que pueden recibir los medios de detección 20 puede ser más alta o el ruido puede ser más bajo que en los sistemas de inspección previos mediante el uso de una rueda poligonal giratoria. Los medios de conversión 25 pueden ser cualquier medio de conversión de alta eficiencia usados en sistemas de inspección de la técnica anterior como, por ejemplo, un dispositivo fotoeléctrico o tubo fotomultiplicador. Dado que los medios de detección 20 se pueden ajustar para aumentar la cantidad de luz recibida 5 por los medios de detección 20 independientes de los medios de exploración 10, también los medios de conversión 25 menos eficientes como, por ejemplo, diodos avalancha, se pueden usar para convertir las señales ópticas en señales eléctricas. Los medios de conversión 25 pueden ser un dispositivo de carga acoplada como, por ejemplo, una cámara CCD o un sensor de imagen CMOS que funcionan a tasas de exploración suficientes cuando hay suficiente luz disponible.

Mediante el uso de un medio de conversión 25 que comprende una matriz de píxeles o elementos sensibles a la luz individualmente direccionables, uno tiene la ventaja de delimitar el campo visual de los medios de detección 20 solamente seleccionando y leyendo dichos píxeles correspondientes al componente de luz predominantemente reemitida de forma directa 7, al componente de luz dispersa 8 o a ambos componentes de la imagen 3' formada por los medios de enfoque 21 en P2. De manera alternativa, dicha matriz de píxeles permite una definición flexible del elemento delimitador 22 implementado en software o hardware, más concretamente una implementación algorítmica de la función de ventana característica w.

La Figura 13 muestra una vista superior (superior), una vista lateral a lo largo de la sección A-A (media) y una vista frontal a lo largo de la sección B-B (inferior) de un medio de detección 20 según una realización preferida que comprende una lente cilíndrica como medio de enfoque 21 que enfoca y magnifica los haces de luz entrantes 5 solamente en la dirección yp, un dispositivo de diafragma 22 que tiene una abertura tipo hendidura 24 para delimitar el campo visual de los medios de detección 20 a la luz predominantemente reemitida de forma directa 7 solamente, el dispositivo de diafragma 22 posicionándose entre los medios de enfoque 21 y los medios de conversión 25 y un dispositivo fotoeléctrico 25 para convertir el componente representativo de la luz directamente reemitida 7 en una señal eléctrica. La Figura 13 ilustra la abertura longitudinal 24 del diafragma 22 y el área activa de los medios de conversión 25 se alinean con la dirección xp a lo largo de la línea de exploración proyectada Sp en P2 y se extienden ya sea porque durante el uso el objeto 3 se proyecta como una imagen en líneas a lo largo de dicha dirección xp o porque se mueve durante la exploración a lo largo de dicha dirección xp. Dicha dirección xp ocurre a lo largo del meridiano de eje y la dirección yp a lo largo del meridiano de potencia de dicha lente cilíndrica 23. Una persona con experiencia en la técnica apreciará que dichas realizaciones similares caen dentro del alcance de la invención, como, por ejemplo, aquellas que tienen diferentes campos visuales, diferentes medios de conversión 25, diferentes configuraciones ópticas para mejorar la relación señal/ruido, aberraciones esféricas y cromáticas o curvatura de campo, etc.

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Claims (1)

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