ES2896884T3 - Sistema de captación de imágenes y método para determinar la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar - Google Patents

Abstract

Un sistema de captación de imágenes (10) para determinar la posición de una estructura estampada (30) sobre un elemento laminar (4) movido a través de un área de visualización (18), que comprende una cámara (12) adaptada para captar una imagen de línea de la superficie del elemento laminar (4) en el área de visualización (18), y una unidad de iluminación (14) con una pluralidad de fuentes de luz (20, 21, ...), adaptada cada una para iluminar el área de visualización (18), estando dispuestas las fuentes de luz (20, 21, ...) con diferentes inclinaciones con respecto al área de visualización (18), y una unidad de evaluación de imágenes (16) configurada para determinar un parámetro relacionado con la inclinación para cada ubicación de la superficie del elemento laminar (4) en el área de visualización (18) en sentido transversal al área de visualización (18), en donde el sistema de captación de imágenes está configurado para determinar una intensidad de luz reflejada para cada fuente de luz (20, 21, ...) en cada ubicación, dando como resultado un perfil de intensidad por ubicación, caracterizado por que la unidad de evaluación de imágenes (16) está configurada para determinar un tipo de reflectividad analizando el perfil de intensidad y para determinar la posición del máximo del perfil de intensidad, y configurada para usar el tipo de reflectividad y la posición del máximo en el cálculo del parámetro relacionado con la inclinación.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de captación de imágenes y método para determinar la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar

La invención se refiere a un sistema de captación de imágenes para determinar la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar que es movido a través de un área de visualización de una máquina de procesamiento de elementos laminares y a un método de determinación de la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar usando un sistema de captación de imágenes de este tipo.

En el presente caso, se entiende que la expresión "máquina de procesamiento de elementos laminares" comprende cualquier máquina que se esté usando para procesar elementos laminares tales como papel, cartón o materiales similares, en particular, máquinas de impresión, máquinas de revestimiento, máquinas de plastificación y máquinas de conversión (por ejemplo, máquinas de corte, de estampado, de plegado y/o de encolado).

Una estructura estampada sobre un elemento laminar es un área específica del elemento laminar en la que su superficie superior está por encima o por debajo de la superficie media del elemento laminar. Son ejemplos elementos de diseño elevados en una caja, tales como letras, o los puntos elevados de caracteres en braille. Sin embargo, las estructuras estampadas en términos de la solicitud objeto no se limitan a estos ejemplos.

Por muchas razones, es deseable ser capaz de determinar la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar, debido a que muchas verificaciones de calidad se basan en verificar la posición de un elemento con respecto a otro elemento. Sin embargo, no es una tarea fácil detectar la posición de, por ejemplo, un punto de braille sobre un elemento laminar que es movido a velocidades de hasta 15 m/s a través de una máquina de procesamiento de elementos laminares. A partir de los documentos US 6 166 393 A, US 6 064 478 A, JP H06 58731 A, US 5 087 822 A y Woodham R J Ed - Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos: "Determining surface curvature withphotometric stereo", Actas de la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización. Scottsdale, 15 - 19 de mayo de 1989, se conocen sistemas y métodos que permiten determinar pendientes o curvaturas de superficies sometidas a prueba.

Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar un sistema y un método que permitan detectar de forma fiable la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar que es movido a través de una máquina de procesamiento de elementos laminares.

Con el fin de solucionar este objeto, la invención proporciona un sistema de captación de imágenes, como se define en la reivindicación 1, para determinar la posición de una estructura estampada en un elemento laminar movido a través de un área de visualización. Además, la invención proporciona un método, como se define en la reivindicación 12, para adquirir la posición de una estructura estampada sobre un elemento laminar usando un sistema de captación de imágenes como se ha definido anteriormente.

En términos generales, la invención se basa en el principio de iluminar una línea de interés sobre la superficie del elemento laminar con fuentes de luz situadas de manera diferente, y evaluar entonces las imágenes de línea captadas en las diferentes condiciones de iluminación. Debido a sus diferentes posiciones, la luz procedente de las diferentes fuentes de luz se está reflejando de manera diferente desde un mismo punto sobre la superficie del elemento laminar. Como un ejemplo simple, se puede imaginar una estructura estampada que es un cono truncado, y se considera que la unidad de iluminación comprende tres unidades de luz, en concreto, una inferior, una media y una superior, estando dispuesta la media de tal modo que la luz emitida desde la misma caería directamente dentro de la cámara si la superficie superior del elemento laminar fuera un espejo.

Sin embargo, debido a que la superficie superior del elemento laminar no es un espejo, la luz procedente de las fuentes de luz se refleja de una manera más o menos difusa. Sin embargo, la intensidad de la luz reflejada que tiene su origen en la fuente de luz media es más alta que la intensidad de la luz reflejada que tiene su origen en las otras fuentes de luz (su luz se refleja principalmente hacia áreas por encima y por debajo de la cámara). La unidad de evaluación de imágenes sabe que, si en las tres imágenes de línea captadas desde el área de visualización iluminada por la fuente de luz inferior, la media y la superior, la intensidad de la luz de la segunda imagen de línea es la más alta, entonces la inclinación de la superficie del elemento laminar es cero.

Si, entonces, la estructura estampada ilustrativa mencionada anteriormente (el cono truncado) es movida al área de visualización, habrá una serie de imágenes de línea captadas en las que la imagen de línea del área de visualización iluminada con la fuente de luz inferior tiene la intensidad más alta. Esto es interpretado por la unidad de evaluación de imágenes como una indicación de que la inclinación tiene un cierto valor que es diferente de cero (y que, en el presente caso, se define como positivo).

Si el cono truncado ha sido movido más lejos hacia el área de visualización de tal modo que su centro se está iluminando, de nuevo será la imagen de línea correspondiente a una iluminación con la fuente de luz media la que mostrará la intensidad máxima de luz reflejada. La unidad de evaluación de imágenes entiende que la inclinación de la superficie ha vuelto a cero.

Si el cono truncado ha sido movido aún más lejos hacia el área de visualización, habrá una serie de imágenes de línea captadas en las que la imagen del área de visualización iluminada con la fuente de luz superior tiene la intensidad más alta. Esto es interpretado por la unidad de evaluación de imágenes como una indicación de que la inclinación tiene un valor que es diferente de cero (en concreto, negativo).

Al evaluar la serie de imágenes de línea captadas, la unidad de evaluación de imágenes es capaz de determinar la posición de una estructura estampada. Evidentemente, la activación de las fuentes de luz se sincroniza con la cámara (el momento en el que se está captando una imagen). Para este fin, se puede usar un módulo de sincronización. Además, la activación de las fuentes de luz y también la captación de las imágenes está vinculada al movimiento de los elementos laminares.

En el sistema y el método de acuerdo con la invención, se obtiene un parámetro relacionado con la inclinación para cada una de una pluralidad de ubicaciones en la superficie del elemento laminar determinando, para cada una de la pluralidad de las fuentes de luz, un valor de intensidad de luz reflejada por esa ubicación.

Específicamente, (i) se genera una agrupación de datos de parámetro relacionado con la inclinación correspondiente a un área del elemento laminar, (ii) se identifica un subconjunto de los datos de parámetro relacionado con la inclinación correspondiente a una característica de la estructura estampada, (iii) se determina la posición de la característica de la estructura estampada en la hoja a partir de datos de posición asociados con subconjunto de los datos de parámetro relacionado con la inclinación.

De acuerdo con una forma de realización de la invención, las fuentes de luz son idénticas en lo que respecta a la longitud de onda de la luz que generan las mismas. Esto requiere activar las diferentes fuentes de luz una tras otra y captar imágenes de línea para cada condición de iluminación, debido a que, de lo contrario, no sería posible determinar qué fuente de luz da como resultado una intensidad máxima de la luz reflejada hacia la cámara.

De acuerdo con una realización alternativa, la longitud de onda de la luz generada por cada fuente de luz es diferente de la longitud de onda de cualquier otra fuente de luz en la unidad de iluminación. Esto permite activar las diferentes fuentes de luz simultáneamente con la condición de que la cámara tenga varios canales de longitud de onda, estando ajustado cada canal de longitud de onda a cada longitud de onda usada para las fuentes de luz. La cámara es la así denominada cámara hiperespectral, lo que significa que la cámara es capaz de relacionar una intensidad medida con una longitud de onda específica.

Preferiblemente, cada fuente de luz consiste en una pluralidad de LED dispuestos de forma adyacente entre sí. Este tipo de fuente de luz se puede encender y apagar a la frecuencia deseada (del orden de hasta 20 kHz) y solo genera una pérdida de calor pequeña.

Es posible disponer todas las fuentes de luz en un arco que está centrado hacia el área de visualización. Por lo tanto, todas las fuentes de luz están a la misma distancia con respecto al área de visualización con el fin de garantizar que la intensidad de la luz dirigida sobre el área de visualización sea idéntica para todas las fuentes de luz. Sin embargo, se prefiere disponer las fuentes de luz en un mismo plano, debido a que esto reduce en gran medida el esfuerzo necesario para combinar las fuentes de luz en una unidad de iluminación. Si es necesario, la intensidad de la luz dirigida por cada fuente de luz sobre el área de visualización se puede ajustar de forma apropiada mediante un control que excite los LED.

Con el fin de asegurar que la luz generada por la pluralidad de los LED tenga, en general, el mismo flujo radiante cuando se ve desde el área de visualización, se prefiere asociar un difusor a la unidad de iluminación.

Debido a que el área de visualización es básicamente una línea de interés, la cámara es, preferiblemente, una cámara lineal. Esto da como resultado que la cantidad de datos a procesar por la unidad de evaluación de imágenes es moderada. Sin embargo, también es posible usar una cámara de área (cámara de 2D).

En vista de que la cámara es, preferiblemente, una cámara lineal, la expresión "imagen de línea" se está usando en el presente caso cuando se hace referencia a las imágenes captadas por la cámara. Sin embargo, si la cámara es una cámara de área, la imagen de línea captada por la cámara no consiste solo en una única línea sino en una pluralidad de líneas.

El parámetro relacionado con la inclinación puede ser un valor que indica la inclinación de la superficie del elemento laminar en un punto particular. Otros ejemplos del parámetro relacionado con la inclinación son una indicación de qué fuente de luz dio como resultado la intensidad de luz más alta, una indicación de que la intensidad está por encima o por debajo de un umbral predefinido o una indicación de un valor de escala de grises de la intensidad.

Cuando se determina el parámetro relacionado con la inclinación, la unidad de evaluación de imágenes compara, preferiblemente, datos extraídos a partir de las imágenes de línea captadas con datos almacenados en una tabla de consulta en la que se almacenan datos obtenidos empíricamente, que indican la relación entre un perfil de intensidad específico y la inclinación y/o el contorno de diferentes estructuras estampadas.

La invención se describirá a continuación con referencia a una realización preferida que se muestra en los dibujos adjuntos. En los dibujos,

- la figura 1 muestra esquemáticamente, en una vista lateral, un puesto de control de calidad de una máquina de procesamiento de elementos laminares en la que se implementa un sistema de captación de imágenes de acuerdo con la invención;

- la figura 2 muestra esquemáticamente el sistema de captación de imágenes de la figura 1 en una vista desde arriba;

- la figura 3 muestra esquemáticamente los componentes ópticos de un sistema de captación de imágenes simplificado de acuerdo con la invención;

- la figura 4 muestra esquemáticamente una estructura estampada que es movida a través del área de visualización de la cámara del sistema de captación de imágenes de la figura 3, y los parámetros relacionados con la inclinación determinados por el sistema de captación de imágenes;

- la figura 5 muestra esquemáticamente los componentes ópticos del sistema de captación de imágenes de acuerdo con la invención en una realización más elaborada;

- la figura 6 muestra esquemáticamente una evaluación de una subimagen captada, que está siendo realizada por la unidad de evaluación de imágenes;

- la figura 7 muestra una visualización muy esquemática de una estructura estampada identificada con el sistema de captación de imágenes y el método de captación de imágenes de acuerdo con la invención;

- la figura 8 muestra esquemáticamente las diferentes imágenes de línea captadas por la cámara; y

- la figura 9 muestra esquemáticamente cómo se están generando imágenes reconstruidas basándose en las imágenes de línea captadas en diferentes condiciones de iluminación.

En la figura 1, se muestra esquemáticamente un puesto de control de calidad 2, que se emplea en una máquina de procesamiento de elementos laminares en la que se muestran las mesas transportadoras 3. La máquina de procesamiento de elementos laminares puede procesar los elementos laminares 4 que se están transportando en la dirección de la flecha A. Los elementos laminares 4 pueden ser hojas de papel, cartón, lámina de plástico o un material similar, o estos pueden tener la forma de una banda más larga. La máquina de procesamiento de elementos laminares puede ser una máquina de impresión, una máquina de estampado, una máquina de plastificación, una máquina de plegado, una máquina de encolado, etc.

En el puesto de control de calidad 2, se implementa un sistema de captación de imágenes 10 para determinar la posición de una estructura estampada sobre el elemento laminar 4 movido a través del puesto de control de calidad 2.

El sistema de captación de imágenes 10 comprende una cámara 12, una unidad de iluminación 14 y una unidad de evaluación de imágenes 16.

La cámara 12 es, en el presente caso, una cámara lineal que está adaptada para captar imágenes de línea de un área de visualización 18 (una "línea de interés") sobre la superficie de los elementos laminares 4. El área de visualización 18 es una zona alargada que se extiende transversalmente a la dirección A en sentido transversal a la anchura de la máquina de procesamiento de hojas. La resolución de la cámara 12 es tal que se pueden resolver elementos del orden de 0,05 a 0,3 mm sobre la superficie de los elementos laminares 4, preferiblemente de 0,1 mm.

La unidad de iluminación 14 comprende una pluralidad de fuentes de luz 20, 21,22 (consúltese, por favor, la figura 3) que se extienden transversalmente a la dirección A. Cada una de las fuentes de luz 20, 21, 22 comprende una pluralidad de LED dispuestos de forma adyacente entre sí a lo largo de la longitud de la fuente de luz 20, 21, 22 respectiva. Con el fin de asegurar que la intensidad de la luz generada por las fuentes de luz sea (casi) constante a lo largo de su longitud, se asocia un difusor (no mostrado) o bien con cada una de las fuentes de luz de forma individual o bien con la unidad de iluminación 14.

En la realización simplificada mostrada en la figura 3, las tres fuentes de luz 20, 21, 22 están dispuestas en un círculo que está centrado (en una sección transversal en un plano perpendicular a la línea de interés) sobre la línea de interés (el área de visualización 18 de la cámara 12). Por lo tanto, las tres fuentes de luz 20, 21, 22 están, todas ellas, a la misma distancia con respecto al área de visualización 18.

La posición y la disposición de las fuentes de luz 20, 21, 22 con respecto a la cámara 12 y la línea de interés 18 se explica con la ayuda de un plano mediano M mostrado en la figura 3. El plano mediano M contiene la línea de interés 18 y se extiende en perpendicular a la superficie media del elemento laminar 4 en la línea de interés 18.

En la sección transversal de la figura 3, se puede hacer referencia a las tres fuentes de luz, por razones de facilidad de consulta, como una fuente de luz inferior 20, una fuente de luz media 21 y una fuente de luz superior 22. La fuente media 21 está dispuesta a un ángulo a con respecto al plano mediano M, que es el mismo ángulo con el que está dispuesta la cámara 12 con respecto al plano mediano M. La fuente de luz media 21 y la cámara 12 están dispuestas en lados opuestos del plano mediano M. Por lo tanto, suponiendo que la luz generada por la fuente de luz 21 se refleja desde la superficie del elemento laminar 4 como una reflexión especular, esta cae directamente dentro de la cámara 12.

Debido a que las fuentes de luz 20 y 22 están dispuestas a unos ángulos con respecto al plano mediano M que son diferentes del ángulo a, la luz generada por cualquiera de estas fuentes de luz y reflejada desde la superficie del elemento laminar 4 como una reflexión especular no puede ser detectada por la cámara 12.

En la práctica, la reflexión desde la superficie del elemento laminar 4 no será (puramente) especular sino más o menos difusa. Sin embargo, la intensidad de la luz reflejada que tiene su origen en las fuentes de luz 20, 21, 22 será diferente. En particular, la intensidad de la luz que tiene su origen en la fuente de luz 21 será más alta que la intensidad de la luz que tiene su origen en las fuentes de luz 20, 22.

Con la ayuda de la figura 4, se describirá a continuación el principio general de la evaluación de imágenes.

Para esta realización, se usan unas fuentes de luz de múltiples longitudes de onda.

En la mitad superior de la figura 4, se muestra una estructura estampada 30 que tiene, en el presente caso, la forma de un cono truncado. En el presente caso, se supone que la anchura de la estructura estampada 30 es de cuatro píxeles (medida a lo largo de la línea de interés 18), y se supone que la longitud de la estructura estampada (medida a lo largo de la dirección A) corresponde a cuatro imágenes de línea captadas por la cámara 12. En otras palabras, la longitud de la estructura estampada corresponde a la distancia que está siendo movido el elemento laminar 4 durante el tiempo en el que se están captando cuatro imágenes de línea.

Para cada imagen de línea, se están activando todas las fuentes de luz 20, 21, 22, y la cámara 12 capta una imagen de línea de la luz reflejada. En el presente caso, se supone que la cámara 12 es capaz de comprender qué intensidad se origina a partir de qué fuente de luz 20, 21, 22. Esto se puede lograr usando diferente longitud de onda para las diferentes fuentes de luz 20, 21, 22 y una cámara 12 en color. Por lo tanto, esta realización usa una cámara hiperespectral.

Aunque una realización que usa diferentes longitudes de onda sí produce resultados significativos hasta cierto punto, existe una desventaja en la práctica. Si los elementos laminares tienen una superficie coloreada, esta sí influye en la intensidad de la luz reflejada. Sin embargo, con la restricción a elementos laminares de un color neutro (o bien solo en color blanco o bien solo en color gris), esta realización simplificada sí funciona y se está usando en el presente caso para explicar los principios básicos en los que se basan el sistema objeto y el método objeto.

En una primera imagen de línea (denominada I¹), la estructura estampada 30 está aguas arriba de la línea de interés. Por lo tanto, la superficie del elemento laminar 4 está a nivel. En vista de que la fuente de luz 21 está dispuesta de una manera especularmente simétrica con respecto a la cámara 12, la intensidad de la luz que tiene su origen en la fuente de luz 21 es más alta que la intensidad de la luz que tiene su origen en las fuentes de luz 20, 22.

La unidad de evaluación de imágenes 16, con la ayuda de una tabla de consulta, interpreta esto como "sin inclinación". Este parámetro relacionado con la inclinación se muestra en la mitad inferior de la figura 4 como píxeles vacíos en la fila R¹.

Una segunda imagen de línea I² se toma cuando la estructura estampada 30 ha sido movida hasta el punto en el que su superficie inclinada "hacia adelante" está en la línea de interés 18. Cuando se ilumina, ya no es la luz reflejada que tiene su origen en la fuente de luz 21 la que tiene la intensidad más alta, sino la luz que tiene su origen en la fuente de luz 20 (debido a la orientación, cambiada entonces, de la superficie que refleja la luz hacia la cámara).

La unidad de evaluación de imágenes 16, haciendo referencia de nuevo a la tabla de consulta, interpreta el hecho de que la intensidad más alta de la luz reflejada está asociada con la fuente de luz 20, como una superficie "inclinada hacia arriba". Este parámetro relacionado con la inclinación se muestra en la mitad inferior de la figura 4 como píxeles de color negro en la fila R².

Una tercera imagen de línea I³ se toma cuando la estructura estampada 30 ha sido movida hasta el punto en el que su superficie de arriba está en la línea de interés 18. Cuando se ilumina, es la fuente de luz media 21 la que da como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada en la cámara 12 en el centro de la estructura estampada 30, mientras que es la fuente de luz inferior 20 la que da como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada en las porciones laterales de la estructura estampada.

La unidad de evaluación de imágenes 16, haciendo referencia de nuevo a la tabla de consulta, transforma esta distribución de la intensidad en parámetros relacionados con la inclinación, en concreto, "sin inclinación" para los dos píxeles centrales e "inclinación hacia arriba" para los dos píxeles a uno y otro lado de los píxeles centrales.

Una cuarta imagen de línea I⁴ se toma cuando la estructura estampada 30 ha sido movida otro incremento. Cuando se ilumina, de nuevo es la fuente de luz media 21 la que da como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada en la cámara 12 en el centro de la estructura estampada 30, mientras que es entonces la fuente de luz superior 22 la que da como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada en las porciones laterales de la estructura estampada 30.

La unidad de evaluación de imágenes 16, haciendo referencia de nuevo a la tabla de consulta, transforma esta distribución de la intensidad en parámetros relacionados con la inclinación, en concreto, "sin inclinación" para los dos píxeles centrales e "inclinación hacia abajo" para los dos píxeles a uno y otro lado de los píxeles centrales. El parámetro relacionado con la inclinación "inclinación hacia abajo" se indica como un píxel con una cruz.

Una quinta imagen de línea I⁵ se toma cuando la estructura estampada 30 ha sido movida otro incremento. Cuando se ilumina, son los píxeles laterales para los que la intensidad más alta resulta de la fuente de luz media 21 los que se interpretan como "sin inclinación", y los píxeles centrales para los que la intensidad más alta resulta de la fuente de luz superior 22 los que se interpretan como de "inclinación hacia abajo".

Una sexta imagen de línea I⁶ se toma cuando la estructura estampada 30 ha sido movida otro incremento. Debido a que la estructura estampada ha pasado entonces completamente la línea de interés 18, es de nuevo la fuente de luz media 21 la que da como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada hacia la cámara 12. En consecuencia, la unidad de evaluación de imágenes entiende que "no hay inclinación" en la fila R⁶.

Por lo tanto, la unidad de evaluación de imágenes 16 es capaz de inferir, a partir del parámetro relacionado con la inclinación, en dónde está presente una estructura estampada 30 (determinando en dónde comienza esta a elevarse por encima de la superficie del elemento laminar 4), cómo de largo y de ancho es la misma, etc. Con una resolución superior que en el ejemplo simplificado de la figura 3, es posible determinar la forma e identificar una de diferentes estructuras estampadas mediante reconocimiento de imágenes. En caso de ser relevante, la unidad de evaluación de imágenes 14 también puede determinar la altura de una estructura estampada basándose en una magnitud de la inclinación y la longitud a lo largo de la cual se extiende la inclinación. Para ser capaz de determinar la altura de una estructura estampada, es necesario calibrar el sistema de antemano, en particular, con respecto a hallar una altura nula después de que haya pasado una estructura estampada, y se afina la tabla de consulta.

Como alternativa a que el parámetro relacionado con la inclinación sea "sin inclinación", "inclinación hacia arriba" e "inclinación hacia abajo", los píxeles de las filas de las imágenes de línea captadas se podrían codificar directamente con el número de la fuente de luz que dio como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada. Si se han de visualizar las imágenes de línea captadas, se pueden usar diferentes colores para visualizar diferentes inclinaciones.

En la práctica, el sistema funciona con una velocidad de hasta 15 m/s, con la que están siendo movidos los elementos laminares 4. La cámara 12 capta imágenes de línea a unas tasas de 10.000 a 40.000 imágenes de línea por segundo, pero también se pueden usar unas tasas superiores.

En la figura 5 se muestra una realización más elaborada del sistema de captación de imágenes.

En términos generales, se obtiene una agrupación de parámetros relacionados con la inclinación para una pluralidad de ubicaciones sobre la superficie del elemento laminar 4. Basándose en esta agrupación de parámetros, se generará un subconjunto de datos que corresponde a una característica de la estructura estampada. Entonces, se determinará la posición de la característica de la estructura estampada.

La diferencia con respecto a la realización de la figura 3 es que la unidad de iluminación 14 comprende más de tres fuentes de luz, en concreto, las siete fuentes de luz 20, 21, ... , 26. Esto permite distinguir entre diferentes inclinaciones en saltos más finos y permite aplicar técnicas con múltiples tablas de consulta. El uso de tales técnicas de múltiples LUT se explicará más adelante.

Otra diferencia con respecto a la realización de la figura 3 es que no es posible distinguir entre las diferentes fuentes de luz 20, 21, ... , 26 por su longitud de onda, debido a que estas generan una luz idéntica. Para cada imagen de línea, se capta una primera subimagen cuando solo está activa una de las fuentes de luz, entonces se capta una segunda subimagen cuando solo está activa una diferente de las fuentes de luz, y así sucesivamente.

La ventaja principal que se consigue con ello es que la identificación de la estructura estampada es independiente del color de la superficie del elemento laminar 4. Preferiblemente, los LED son de color blanco para la cámara.

Es posible usar una estrategia más elaborada para activar las fuentes de luz. Dependiendo de las circunstancias, algunas fuentes de luz se pueden activar en pares simultáneamente, o se puede "omitir" la activación de ciertas fuentes de luz (lo que significa que tampoco se está captando subimagen correspondiente alguna) si es obvio para la unidad de evaluación de imágenes que esta subimagen particular no es necesaria para determinar el parámetro relacionado con la inclinación.

En el presente caso, la cámara 12 es una cámara lineal.

La unidad de evaluación de imágenes 14 evalúa cada subimagen. Durante esta evaluación, se puede tener en cuenta y compensar que el elemento laminar y la estructura estampada a identificar hayan sido movidos ligeramente entre las subimágenes individuales. En particular, la compensación se puede realizar volviendo a muestrear imágenes hasta la misma posición.

Un ejemplo de cómo la unidad de evaluación de imágenes 14 procesa las subimágenes captadas se explica con referencia a la figura 6, en la que, para un cierto píxel de interés a partir de la imagen de línea, se muestran las siete intensidades medidas, en las ordenadas Int, para las siete fuentes de luz diferentes, de la número 1 a la número 7, representadas en las abscisas. La gráfica es el perfil de intensidad para este cierto píxel de interés. Esta está compuesta por las intensidades medidas en cada una de las siete subimágenes tomadas cuando la línea de interés 18 se está iluminando con una de las fuentes de luz 20, 21, ... , 26.

La unidad de evaluación de imágenes 14 evalúa, para cada píxel de interés, qué fuente de luz dio como resultado la intensidad más alta de la luz reflejada. La unidad de evaluación de imágenes 14 se ajusta a una curva matemática C que se ajusta lo mejor posible a las diferentes medidas de intensidad para este píxel de interés. El número de mediciones de intensidad es directamente el número de subimágenes adquiridas de forma secuencial. En el presente caso, en la figura 6, hay siete subimágenes que se adquieren. El máximo de esta curva ajustada está en una abscisa que está vinculada a la inclinación de la hoja en esta ubicación de píxel. En el presente caso, en la figura 6, se puede ver que la intensidad máxima se logra (de forma teórica) en el presente caso con la "fuente de luz 3,5" que correspondería a una fuente de luz que estuviera dispuesta entre las fuentes de luz 23 y 24 en la figura 5. Con la ayuda de la tabla de consulta, la unidad de evaluación de imágenes 14 puede identificar entonces qué inclinación está presente en este píxel de interés. Por construcción, el sistema mide solo la parte de la inclinación en un plano P que es perpendicular a la línea de interés, en otras palabras, la proyección ortogonal del vector normal local de la superficie del elemento laminar 4, sobre el plano P. El parámetro de salida relacionado con la inclinación puede ser, por ejemplo, la inclinación en grados con respecto al plano mediano M proyectado sobre el plano P.

La curva de la figura 6 permite definir el parámetro relacionado con la inclinación para un píxel. La misma evaluación se ha de realizar para cada píxel a lo largo de la línea de interés, y esta se ha de repetir después de que el elemento laminar 4 haya sido movido ligeramente, con el fin de llegar a un conjunto completo de información acerca de estructuras estampadas presentes sobre la superficie del elemento laminar.

Por lo tanto, se obtiene una agrupación de datos de parámetro relacionado con la inclinación o bien para la totalidad de la superficie del elemento laminar 4 o bien para una porción de interés.

Esta se puede visualizar una vez que se ha identificado el parámetro relacionado con la inclinación para todas las líneas de interés (en la dirección x) y a lo largo de las líneas de interés (en la dirección y). En la figura 7 se muestra un ejemplo en el que se combinan todas las áreas que tienen la misma inclinación (en el presente caso, en incrementos de inclinación nula e inclinación de 10°, una inclinación de 20, una inclinación de -10° y -20° con respecto al elemento laminar 4, que se considera que está inclinado a 0°). La visualización resultante es similar a las curvas de nivel en un mapa topográfico.

El "hueco" en la visualización en la posición de las 3 en punto y la posición de las 9 en punto se debe al hecho de que esta parte de la característica estampada tiene unos vectores normales locales que son casi perpendiculares al plano P, de tal modo que (casi) no hay señal de pendiente alguna en esta región, y las pendientes no se pueden medir de forma apropiada. Como se ha explicado anteriormente, la pendiente medida se basa en una proyección del vector normal local sobre el plano P. Si el vector apunta hacia el plano P, entonces no se pueden obtener unos resultados de medición razonables.

Es importante observar que la posición de cualquier estructura estampada sobre el elemento laminar 4 se puede detectar independientemente de cualquier efecto decorativo superpuesto al estampado (tal como, por ejemplo, impresión, lámina, holograma o barniz). Esto se debe a que el método no se basa en medir la reflectividad absoluta, sino en un cambio del perfil de reflectividad de la superficie debido a un cambio en la inclinación.

Sin embargo, el lustre de la superficie de los elementos laminares 4 inspeccionados da como resultado un cambio del perfil de la intensidad: una lámina tendrá un perfil agudo, pero un sustrato difuso tendrá un perfil de intensidad más plano (en el presente caso, "perfil de intensidad plano" significa: las intensidades para cada ángulo de luz son más similares). Además, la relación entre el ángulo de inclinación real físico y la posición del máximo en la intensidad de perfil varía en función del tipo de reflectividad. En una realización preferida, para obtener un parámetro relacionado con la inclinación que sea independiente del tipo de reflectividad (mate o brillante), el cálculo se separa en tres etapas:

1: analizar el perfil de intensidad para determinar en dónde está ubicada la posición Xmáx del máximo (la figura 6).

2: analizar el perfil de intensidad para determinar qué tabla de consulta aplicar, en función del tipo de reflectividad (mate, brillante o una mezcla).

3: aplicar la tabla de consulta determinada en Xmáx para emitir un parámetro relacionado con la inclinación. Este conjunto de tablas de consulta (múltiples LUT) se construye por medio de una calibración. Como un ejemplo, se construyen cinco o diez tablas de consulta correspondientes a cinco o diez tipos de reflectividad desde mate hasta brillante. Entonces, las tablas de consulta vinculan el perfil al valor de pendiente. El parámetro que se está usando para identificar la tabla de consulta LUT correcta a usar es la agudeza (anchura) del perfil.

En lugar de usar múltiples tablas de consulta, se puede usar una fórmula o cálculo matemático apropiado para lograr el mismo resultado.

Si se desea o es necesario, se pueden usar dos sistemas de captación de imágenes que están dispuestos con las direcciones de sus áreas de visualización inclinadas una con respecto a otra. Como un ejemplo, se puede usar un sistema de captación de imágenes adicional del tipo descrito anteriormente, siendo la orientación del área de visualización 18 diferente de la orientación del área de visualización del primer sistema de captación de imágenes. También es posible tener el área de visualización 18 de un primer sistema de captación de imágenes dispuesta a un ángulo de 45° con respecto a la dirección de desplazamiento A de los elementos laminares y el área de visualización 18 de un segundo sistema de captación de imágenes dispuesta a un ángulo de -45° con respecto a la dirección A.

El mismo resultado (unas áreas de visualización orientadas de manera diferente) se puede lograr girando el elemento laminar entre dos inspecciones subsiguientes.

El sistema de inspección de superficies 10 puede ser parte de una unidad de inspección más compleja con otras unidades de iluminación. En particular, las fuentes de luz 12, 14 pueden ser parte de unidades de iluminación más complejas que se están usando para detectar pliegues y estructuras estampadas sobre los elementos laminares. Basándose en las figuras anteriores, se describió que las imágenes de línea se obtuvieron iluminando los elementos laminares con solo una fuente de luz. En la práctica, los elementos laminares están siendo iluminados por diferentes fuentes de luz con el fin de inspeccionar la superficie de los elementos laminares en diferentes aspectos. Un ejemplo es una combinación de iluminación de campo brillante e iluminación de campo oscuro. Las imágenes de línea entrelazadas captadas en cada una de las condiciones de iluminación se usan, en la práctica, para reconstruir una imagen de BFI reconstruida (una imagen reconstruida que consiste en las imágenes de línea captadas con una iluminación de campo brillante) y una imagen de DFI reconstruida (una imagen reconstruida que consiste en las imágenes de línea captadas con una iluminación de campo oscuro), y estas imágenes serán analizadas por la unidad de evaluación de imágenes.

La figura 8 muestra esquemáticamente las imágenes de línea entrelazadas I^bfi (mostradas en líneas normales) e I^dfi (mostradas en líneas de puntos) captadas por la cámara. En el presente caso, solo se muestran diez de las imágenes de línea de cada condición de iluminación. En la práctica, se están captando varios miles de imágenes de línea I^bfi, I^dfi para cada elemento laminar 4. Suponiendo que se están captando 4.000 imágenes de línea ^bfi y 4.000 imágenes de línea I^dfi para un elemento laminar 4 y que esa cámara 12 es capaz de captar 80.000 imágenes de línea por segundo, entonces se pueden procesar diez elementos laminares 4 por segundo.

La figura 9 muestra esquemáticamente cómo se reconstruye una imagen de BFI 40 reconstruida, a partir de las imágenes de línea I^bfi, y cómo se reconstruye una imagen de DFI 50 reconstruida, a partir de unas imágenes de línea I^dfi.

Por lo tanto, se obtiene un subconjunto de datos de parámetro relacionado con la inclinación.

En caso de que la cámara 12 capte imágenes de línea en más de las dos condiciones de iluminación que se describen en el presente caso (BFI y DFI) y se muestran en la figura 8, entonces los datos captados por la cámara 12 consistirían en tres o más tipos de imágenes de línea entrelazadas, y se reconstruirían tres o más imágenes reconstruidas (una para cada condición de iluminación).

La unidad de evaluación de imágenes 16 procesa las imágenes reconstruidas 40, 50 (o bien en su totalidad o bien en aquellas porciones que son de interés) con el fin de detectar un artículo de interés. En el presente caso, las imágenes reconstruidas 40, 50 se comparan con el fin de identificar porciones de superficie estampadas. En particular, la posición de una característica de interés (por ejemplo, esquinas específicas) se determina basándose en el subconjunto de datos de parámetro relacionado con la inclinación.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de captación de imágenes (10) para determinar la posición de una estructura estampada (30) sobre un elemento laminar (4) movido a través de un área de visualización (18), que comprende una cámara (12) adaptada para captar una imagen de línea de la superficie del elemento laminar (4) en el área de visualización (18), y una unidad de iluminación (14) con una pluralidad de fuentes de luz (20, 21, ...), adaptada cada una para iluminar el área de visualización (18), estando dispuestas las fuentes de luz (20, 21, ...) con diferentes inclinaciones con respecto al área de visualización (18), y una unidad de evaluación de imágenes (16) configurada para determinar un parámetro relacionado con la inclinación para cada ubicación de la superficie del elemento laminar (4) en el área de visualización (18) en sentido transversal al área de visualización (18), en donde el sistema de captación de imágenes está configurado para determinar una intensidad de luz reflejada para cada fuente de luz (20, 21, ...) en cada ubicación, dando como resultado un perfil de intensidad por ubicación,

caracterizado por que la unidad de evaluación de imágenes (16) está configurada para determinar un tipo de reflectividad analizando el perfil de intensidad y para determinar la posición del máximo del perfil de intensidad, y configurada para usar el tipo de reflectividad y la posición del máximo en el cálculo del parámetro relacionado con la inclinación.

2. El sistema de captación de imágenes de la reivindicación 1, adaptado para (i) generar una agrupación de datos de parámetro relacionado con la inclinación correspondiente a un área del elemento laminar, (ii) identificar un subconjunto de los datos de parámetro relacionado con la inclinación correspondiente a una característica de la estructura estampada, (iii) determinar la posición de la característica de la estructura estampada en la hoja a partir de datos de posición asociados con subconjunto de los datos de parámetro relacionado con la inclinación.

3. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las fuentes de luz (20, 21, ...) son idénticas en lo que respecta a la longitud de onda de la luz que generan las mismas.

4. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la longitud de onda de la luz generada por una fuente de luz (20, 21, ...) es diferente de la longitud de onda de cualquier otra fuente de luz (20, 21, ...) en la unidad de iluminación (14).

5. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada fuente de luz (20, 21, ...) consiste en una pluralidad de LED dispuestos de forma adyacente entre sí.

6. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las fuentes de luz (20, 21, ...) están dispuestas en un mismo plano.

7. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de iluminación comprende un difusor.

8. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara (12) es una cámara lineal.

9. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara (12) es una cámara en color.

10. El sistema de captación de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se usa un módulo de sincronización para sincronizar la activación de las fuentes de luz con la cámara.

11. El sistema de captación de imágenes de la reivindicación 10, en donde el módulo de sincronización está vinculado al movimiento de un elemento laminar (4).

12. Un método de determinación de la posición de una estructura estampada (30) sobre un elemento laminar (4) usando un sistema de captación de imágenes (10) como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se están realizando las etapas siguientes:

- una primera de las fuentes de luz (20, 21, ...) dirige luz sobre el área de visualización, y la cámara (12) capta una primera imagen de línea (h) del área de visualización;

- una segunda de las fuentes de luz (20, 21, ...) dirige luz sobre el área de visualización, y la cámara (12) capta una segunda imagen de línea (I²) del área de visualización,

- si se desea, al menos una adicional de las fuentes de luz (20, 21, ...) dirige luz sobre el área de visualización, y la cámara (12) capta una imagen de línea (Iⁿ) correspondiente del área de visualización (18),

- para cada una de la pluralidad de las fuentes de luz, determinar un valor de intensidad de luz reflejada por esa ubicación, dando como resultado un perfil de intensidad para cada ubicación,

- determinar un tipo de reflectividad para cada perfil de intensidad analizando el perfil de intensidad correspondiente;

- determinar la posición del máximo de cada perfil de intensidad;

- la unidad de evaluación de imágenes (16) de dicho sistema de captación de imágenes (10) determina un parámetro relacionado con la inclinación para cada ubicación de la superficie del elemento laminar (4) en el área de visualización (18) en sentido transversal al área de visualización (18) usando, para cada ubicación, el tipo de reflectividad y la posición del máximo.

13. El método de la reivindicación 12, en donde (i) se genera una agrupación de datos de parámetro relacionado con la inclinación correspondiente a un área del elemento laminar, (ii) se identifica un subconjunto de los datos de parámetro relacionado con la inclinación correspondiente a una característica de la estructura estampada, (iii) se determina la posición de la característica de la estructura estampada en la hoja a partir de datos de posición asociados con subconjunto de los datos de parámetro relacionado con la inclinación.

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, en donde las diferentes fuentes de luz (20, 21, ...) se están activando una tras otra.

15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, en donde las diferentes fuentes de luz (20, 21, ...) se están activando simultáneamente.

16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en donde el parámetro relacionado con la inclinación es una inclinación.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en donde el parámetro relacionado con la inclinación se determina usando una tabla de consulta.

18. El método de la reivindicación 17, en donde se proporciona una pluralidad de tablas de consulta y en donde se está eligiendo una apropiada dependiendo del tipo de reflectividad.

19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en donde se usan dos áreas de visualización (18) diferentes que están dispuestas a un ángulo diferente con respecto a la dirección (A) de movimiento de los elementos laminares (4).