ES2923507T3 - Procedimiento de comprobación de un objeto hecho de material transparente y sistema de comprobación correspondiente - Google Patents
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Abstract
Método para comprobar la superficie y/o la forma de al menos una superficie, o parte de la misma, de un objeto de material transparente, mediante un sistema de comprobación que comprende una fuente de luz, un sensor y una unidad de procesamiento conectada al sensor. Mediante un posicionamiento apropiado de la fuente de luz y el sensor, es posible superar el problema de los reflejos múltiples e identificar de manera única los rayos dispersados por la superficie a controlar y recibidos por el sensor que son útiles para fines de control. Según una de las formas de realización, también es posible determinar el grosor del objeto a comprobar. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de comprobación de un objeto hecho de material transparente y sistema de comprobación correspondiente
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento y un sistema correspondiente para comprobar un objeto hecho de material transparente. Este procedimiento permite realizar comprobaciones de la superficie y/o de la forma de al menos una superficie, o parte de la misma, del objeto, para identificar irregularidades y/o defectos estructurales, por ejemplo. De acuerdo con una realización, también es posible determinar el grosor del objeto a comprobar.
Antecedentes de la técnica
Hay varios procedimientos conocidos para reconstruir la forma 3D de un objeto. Entre los procedimientos sin contacto, el escaneo de triangulación láser 3D es muy adecuado para medir objetos desde una distancia de aproximadamente un metro, con una resolución de unas pocas micras. De acuerdo con esta técnica conocida, no explicada en detalle aquí, se dirige un rayo láser hacia el objeto a medir, la superficie iluminada refleja/dispersa parte de la radiación incidente, y una cámara de video digital captura la imagen de la superficie del objeto que comprende los puntos iluminados.
Un procedimiento para reconstruir la geometría 3D de un objeto a partir de imágenes 2D prevé el uso de un modelo estenopeico de la cámara de video como se muestra en la Figura 1.
Esencialmente, cuando la imagen ha sido corregida por las distorsiones creadas por la lente, un rayo de luz dispersado desde la superficie del objeto pasa a través del centro de la lente de la cámara de video y finalmente golpea un sensor de imagen (típicamente un CCD/CMOS) de la cámara de video. Por conveniencia, el sensor se coloca antes del centro de la lente en la figura. Por tanto, cuando se conozca lo siguiente:
• el plano geométrico o la línea recta sobre la que se encuentra el rayo láser/hoja
• la posición del centro de la lente
• la orientación de la cámara (guiñada, cabeceo, balanceo)
• la distancia focal de la lente
• el punto principal del sensor,
el cálculo de la posición del punto P en la superficie del objeto de donde partió el rayo de luz dispersado que incidió en el píxel i,j del sensor de imagen se reduce a un simple problema geométrico con una solución única e inmediata (y por lo tanto no requiere cálculo iterativo).
Las distorsiones de la imagen podrán corregirse una vez que se conozca la matriz característica, los coeficientes de distorsión y el punto principal de la cámara; todos estos parámetros se pueden evaluar usando uno de los procedimiento descritos en la literatura, luego de la selección de la combinación apropiada de cámara de video y lente para los requerimientos de la medición.
Este procedimiento está actualmente bien aceptado para la medida de objetos opacos, pero su uso está fuertemente desaconsejado para objetos transparentes, debido a los fenómenos de refracción y reflexión que generan falsas trazas en la primera superficie, es decir, la superficie que mira hacia el emisor de luz, del objeto a comprobar. Por ejemplo, en el caso de una placa de vidrio, además de una primera traza debido a la intersección del láser con la primera superficie del vidrio, es decir, la superficie que mira hacia la fuente de luz, aparecerá una segunda traza, debido a la segunda superficie del vidrio, es decir, la superficie opuesta, la que no mira hacia la fuente de luz. Además, en el caso de objetos huecos transparentes tales como recipientes, existen reflexiones/dispersiones adicionales generadas por la pared del recipiente opuesta a la pared que se está comprobando y hacia la que se dirigen los rayos de luz. Esto hace que los procedimientos de triangulación convencionales sean ineficaces. De hecho, incluso si el cheque se refiere a un recipiente en lugar de a un plato, de manera similar, parte de la luz que incide en la superficie exterior del recipiente se transmite a través del material transparente hasta que incide en la segunda superficie (dentro del recipiente) donde se produce una nueva reflexión.
Además de los sistemas descritos anteriormente para obtener medidas relativas a la forma del perfil de la superficie exterior del recipiente, a continuación, se enumeran los sistemas más extendidos actualmente en uso.
• Reconstrucción de la forma del perfil del recipiente mediante el uso de sensores electromecánicos que hacen contacto puntual con la superficie exterior del recipiente en diferentes posiciones. Luego, el recipiente se coloca
sobre un soporte giratorio y las lecturas de los sensores electromecánicos, conectados a un sistema de procesamiento que relaciona las lecturas de los sensores y la posición angular del recipiente entre sí, pueden usarse para reconstruir el error de forma en las diversas posiciones.
• Uso de sistemas de medición por coordenadas equipados con palpadores mecánicos o cabezales de medición ópticos (sin contacto). Estos sistemas, bien conocidos en el uso de metrología tanto industrial como de laboratorio, también pueden prever el uso de micropolvos que se aplicarán a la superficie exterior del recipiente para facilitar la identificación de los puntos iluminados por cabezales de medición óptica.
• Uso de sistemas ópticos que detectan el perfil exterior del recipiente (sistemas de proyección de sombras).
Dichos sistemas suelen leer el "perfil" del recipiente, es decir, su "sombra" sobre un fondo adecuado. La cámara toma fotografías del borde exterior del recipiente en diferentes posiciones angulares, reconstruyendo su topología analizando la gran cantidad de imágenes recopiladas. Sin embargo, estos sistemas no pueden detectar errores de forma "negativa", es decir, "depresiones".
• Uso de calibres mecánicos que, cuando se apoyan contra la superficie exterior del recipiente, pueden usarse para proporcionar, por medio de un comparador mecánico, información sobre el error de perfil de los recipientes que tienen superficies exteriores nominales cilíndricas.
En principio, cuando se conocen la geometría del sistema, es decir, las posiciones relativas del objeto, el receptor (cámara de vídeo) y la fuente de luz, y la dirección de emisión de la luz, así como las características de refracción del material que forma el objeto a comprobar, el análisis de las imágenes reflejadas en las dos superficies de transición (exterior e interior) podría utilizarse para realizar no solo una medición 3D del recipiente, sino también una medición del grosor del material que forma el recipiente, por medir la distancia entre las dos trazas reflejadas. Sin embargo, especialmente cuando se va a comprobar una superficie interior de un recipiente, es decir, un objeto de forma hueca, los múltiples fenómenos de reflexión/dispersión y refracción han impedido hasta ahora la aplicación del procedimiento descrito anteriormente, ya que es muy difícil, cuando se usan los procedimientos conocidos, para distinguir las imágenes reales reflejadas/dispersadas de la fuente de luz de las imágenes parásitas generadas por los múltiples fenómenos de reflexión/dispersión.
Existen varios otros procedimientos para realizar dicha medición por medio de sensores que realizan una medición puntual del grosor. Dichos sensores, cuando se conectan apropiadamente a sistemas de posicionamiento y movimiento y/o combinados en conjuntos, pueden medir el grosor en una multiplicidad de puntos ya sea escaneando o adquiriendo numerosas trazas de puntos. Dichos sensores puntuales pueden ser, por ejemplo, sensores capacitivos, confocales cromáticos o magnéticos. Sin embargo, el uso de estos sensores requiere que el escaneo del objeto se mida a lo largo de trayectorias repetidas en diferentes posiciones, por lo que la realización y finalización de dichos escaneos requiere mucho tiempo.
Un ejemplo del estado de la técnica es el documento US 2006/0006352 A1, que divulga un aparato y un procedimiento para inspeccionar recipientes con nervaduras.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un sistema correspondiente para la verificación sin contacto de al menos una superficie plana y/o curva hecha de material transparente que supere los inconvenientes de los procedimientos conocidos y permita aplicar la triangulación óptica a superficies transparentes. objetos. El sistema y procedimiento de acuerdo con la invención también se pueden usar para comprobar y medir errores de forma (errores de perfil) de la superficie de un objeto hecho de vidrio u otro material transparente. En el caso concreto de un recipiente, es posible, por ejemplo, comprobar las áreas en las que se aplica la etiqueta al final del procedimiento de llenado, o en las que se forma una decoración superficial.
De acuerdo con una de las realizaciones de la invención, también es posible comprobar el grosor de una placa y/o de un cuerpo hueco de material transparente, por ejemplo, un recipiente.
La invención se define en las reivindicaciones independientes adjuntas 1 y 8.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora en detalle con referencia a las realizaciones ilustradas en los dibujos adjuntos, que deben interpretarse como ejemplos no limitativos, en los que:
• La Figura 1 muestra de forma muy simplificada un modelo estenopeico de una cámara de vídeo de un tipo conocido;
• La Figura 2 muestra una primera realización del sistema de comprobación de acuerdo con la invención;
• La Figura 3 muestra dos imágenes en escala de grises diferentes de un recipiente producido mediante un sistema de acuerdo con la invención;
• La Figura 4 muestra un esquema relativo a la comprobación del grosor de un recipiente que implementa el procedimiento de acuerdo con la invención;
• La Figura 5 muestra una primera realización alternativa de un sistema de comprobación de acuerdo con la invención;
• La Figura 6 muestra una segunda realización alternativa de un sistema de comprobación de acuerdo con la invención; y
• La Figura 7 muestra una tercera realización alternativa de un sistema de comprobación de acuerdo con la invención.
Mejor modo de llevar a la práctica la invención
Un sistema de comprobación 1 y un procedimiento correspondiente se describen a continuación con referencia a un recipiente de vidrio, más particularmente una botella. Sin embargo, estos pueden aplicarse a la comprobación de cualquier objeto de material transparente que comprenda al menos una primera y una segunda superficie, que pueden ser planas o curvas, delimitando un grosor, por ejemplo, objetos planos como placas de vidrio.
La Figura 2 muestra un recipiente de vidrio 2 con simetría rotacional en gran parte cilíndrica, más particularmente una botella, colocado sobre un soporte 3 que gira alrededor de un eje de rotación R paralelo a la dirección Z. El recipiente 2 define un eje longitudinal, que se coloca sustancialmente sobre el eje de giro del soporte y comprende una primera superficie, es decir la superficie exterior del recipiente, y una segunda superficie opuesta a la primera, es decir la superficie interior del recipiente. El soporte 3 sobre el que se apoya el recipiente también puede trasladarse en la dirección Z. El recipiente puede colocarse de forma manual o mediante un sistema automático. Un emisor de luz 4, o fuente de luz, emite una hoja de luz (representada esquemáticamente en la figura como una serie de líneas verticales) hacia el eje de rotación del soporte, es decir sustancialmente coplanar con el eje de rotación R. La luz emitida la hoja de luz define un plano de iluminación que es sustancialmente perpendicular a la primera superficie de la botella a comprobar. Esta primera superficie se orienta hacia la fuente de luz 4. De acuerdo con una realización preferida, la fuente de luz 4 emite una luz estructurada, preferentemente una hoja de luz láser. Las características de la luz emitida pueden seleccionarse de forma adecuada; en particular, el color puede ser azul, es decir, con una pequeña longitud de onda, para proporcionar un efecto de dispersión acentuado sobre las superficies comprobadas.
Un receptor, o videocámara, que comprende un sensor 6, preferentemente de tipo matricial, que define un eje óptico y puede recibir los rayos dispersados por la superficie a comprobar, se coloca de forma que quede orientado hacia el eje de rotación del soporte 3 y separados angularmente de la fuente de luz 4. En otras palabras, el sensor 6 se coloca orientado hacia la superficie que se va a comprobar para formar un ángulo determinado, indicado en la figura por la referencia 0, con el plano de iluminación. Este ángulo está entre 45° y 85°. El rango mencionado anteriormente se ha determinado empíricamente sobre la base de pruebas realizadas en una pluralidad de objetos transparentes que tienen diferentes características.
El sensor 6 emite una señal eléctrica en función de la cantidad de luz recibida por el sensor y envía dicha señal a una unidad de procesamiento, conectada al sensor 6 y que comprende, por ejemplo, un microprocesador, de tipo conocido que no se muestra en la figura, que genera imágenes ordenadas de una pluralidad de trazas de luz creados por la incidencia de la hoja de luz en las superficies interior y exterior del recipiente 2. Durante la rotación mutua entre el sistema de comprobación y el recipiente 2, la hoja de luz golpea contra las superficies del recipiente 2 en posiciones separadas angularmente (por ejemplo, separadas por 1°) y cada imagen se asocia con una de dichas posiciones.
Las imágenes recopiladas se almacenan (ya sea en RAM o en un medio de hardware como un HDD o SSD o equivalente) y luego se procesan por la unidad de procesamiento.
Tras el procesamiento de las imágenes, se muestra un mapa que proporciona una representación gráfica de las desviaciones positivas, como las proyecciones, o negativas, como los huecos, de la forma de la superficie con respecto a una superficie de referencia, en una pantalla conectada a la unidad de procesamiento, por ejemplo. En otras palabras, la tendencia del perfil de la superficie escaneada se calcula a partir de la combinación de la información elemental contenida en las imágenes generadas en base a la señal proporcionada por el sensor 6. El análisis completo de las imágenes relativas a toda la superficie del recipiente 2 permite también obtener datos adecuados para reconstruir la forma espacial del objeto.
También es posible obtener datos sobre la morfología o topología del recipiente utilizando sistemas auxiliares o externos como sistemas ópticos, o sobre la base de dibujos, o usando matemáticas apropiadas (dibujos, modelos 3D) en forma de archivos.
El sistema de comprobación también puede comprender sistemas mecánicos controlados electrónicamente para posicionar el recipiente y los diversos componentes del sistema de comprobación, como la fuente de luz y la cámara de video.
El sistema descrito hasta aquí implementa un procedimiento de comprobación de acuerdo con la invención que prevé, como se describió anteriormente, emitir por medio de la fuente de luz 4 una hoja de luz que define un plano de iluminación sustancialmente perpendicular a la superficie exterior del recipiente 2 a comprobar y para posicionar el sensor 6 orientado hacia esta superficie exterior de modo que el eje óptico del sensor 6 forme un ángulo 0 especificado, preferentemente entre 45° y 85°, con el plano de iluminación. El procedimiento también proporciona detectar, entre una pluralidad de rayos dispersados por la superficie exterior e interior del recipiente 2 cuando se golpean por la hoja de luz, los rayos dispersados recibidos en el eje óptico del sensor 6, y generar, en base a los rayos dispersados detectados, una pluralidad de trazas correspondientes a los perfiles de las superficies del recipiente 2, incluyendo tanto la superficie interior como la exterior. El término "traza" se entiende como un conjunto de puntos correspondientes a los puntos de la superficie golpeados por la hoja de luz que indican la tendencia de esta superficie.
La pluralidad de trazas generadas construye una imagen del recipiente 2, que comprende los perfiles de sus superficies y que tiene una orientación conocida y correlacionada con el posicionamiento espacial del objeto. El perfil de al menos una de las superficies exterior e interior del recipiente se asocia con una de las trazas generadas, que se encuentra en una posición predeterminada con respecto a las otras trazas generadas.
En la realización preferida, el perfil de la primera superficie, es decir, el de la superficie exterior del recipiente 2 iluminada por la hoja de luz, corresponde a una primera traza, entre la pluralidad de trazas detectadas, que se encuentra en una posición final relativa a las otras trazas, y el perfil de la segunda superficie, es decir, el de la superficie interior del recipiente, corresponde a una segunda traza contigua a la primera traza que se asocia al perfil de la superficie exterior.
El rango de valores angulares antes mencionado relativos al posicionamiento mutuo del sensor y del plano de iluminación permite obtener trazas, especialmente la primera y la segunda traza, claramente diferenciadas entre sí y por tanto fácilmente identificables. También permite reducir las interferencias potencialmente provocadas por los reflejos múltiples que se generan típicamente en este tipo de comprobaciones, y que pueden interferir en la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención.
Las etapas del procedimiento de acuerdo con la invención pueden repetirse en diferentes posiciones angulares del recipiente 2, durante la rotación mutua entre el sistema de comprobación y el recipiente 2, hasta que se haya verificado al menos una superficie o un área específica de la misma.
El procedimiento se describe a continuación con referencia a las realizaciones ilustradas en las figuras.
La Figura 3 muestra dos imágenes de la botella golpeada por la hoja de luz, obtenidas a partir de una imagen de nivel de gris con una profundidad de bits de 14 al multiplicar el valor de gris de cada píxel por dos valores diferentes de intensificación; las áreas que tienen el color más claro indican que se ha alcanzado el valor máximo (saturación). En la imagen de la derecha, intensificada 20x, el perfil de la botella se distingue fácilmente del fondo más oscuro. Debido a la transparencia del material, los rayos de luz se propagan hacia el interior de la botella y, en cualquier interfaz aire/vidrio (en otras palabras, cualquier superficie del recipiente, también denominada "cara" en lo sucesivo) se cruzan en su camino, no solo se genera una traza, sino que cada rayo de luz también se divide en un rayo transmitido y un rayo reflejado, cada uno de los cuales continúa propagándose y dividiéndose. El resultado final es la aparición de un gran número de trazas.
El procedimiento de acuerdo con la invención permite establecer un criterio para identificar las trazas útiles a efectos de comprobación, superando las dificultades de los procedimientos conocidos.
A diferencia de los procedimientos conocidos que hacen uso del fenómeno óptico de la reflexión, el procedimiento de acuerdo con la invención hace uso del fenómeno de la propagación óptica, también denominada dispersión óptica, sin necesidad de aplicar medios (como micropolvos) a la superficie a tratar comprobar para aumentar el brillo del punto o parte de la superficie a comprobar. Esto es posible gracias al particular posicionamiento mutuo de la fuente de luz y la cámara de vídeo, que permite comprobar las irregularidades típicas del material que forma la superficie para poder identificar de manera unívoca los rayos dispersados por la(s) superficie(s) a revisarse y recibirse por la cámara de video que son útiles para fines de comprobación.
El posicionamiento adecuado de la cámara de vídeo y, por tanto, del sensor 6 asegura que la cámara de vídeo y, por tanto, el sensor 6 reciban en su eje óptico sólo aquellos rayos dispersados que son útiles para fines de
comprobación. Utilizando una lente con una apertura adecuada, y colocando la cámara de video a una altura adecuada con respecto al eje longitudinal del recipiente 2, es posible que la cámara de video reconstruya el perfil de toda la superficie a comprobar, o más particularmente, en la realización descrita, el perfil de toda la generatriz del recipiente 2 golpeado por la hoja de luz. Así, mediante un único escaneo de la superficie a comprobar, se puede determinar el perfil de esta superficie. Si la superficie a comprobar tiene una extensión en la dirección Z mayor que el campo de visión de la cámara de video, es posible realizar una primera verificación, luego mover el soporte 3 en la dirección Z que se muestra en la Figura 2, y realice uno o más escaneos adicionales para que se verifique toda la superficie.
Utilizando el procedimiento de acuerdo con la invención, es posible establecer un criterio para identificar la traza relativa a la primera cara golpeada por la hoja de luz, es decir, la superficie a comprobar que mira hacia la fuente de luz. Las imágenes de la Figura 3 se refieren a un posicionamiento de la fuente de luz a la derecha del recipiente y se orientan de manera correspondiente. En este ejemplo, la primera traza, que corresponde a la superficie exterior que mira hacia la fuente de luz, es el primero en un orden que empieza por la derecha. Le sigue una segunda traza, casi paralela a la primera, correspondiente a la superficie opuesta, es decir, la que no mira hacia la fuente de luz (en este caso, tratándose de un recipiente, esta superficie corresponde a la superficie interior de la botella). Estas son las dos trazas de interés; todos los demás deben ignorarse. El procedimiento de acuerdo con la invención permite así establecer que la traza a asociar a la primera cara del objeto atravesada por la hoja de luz emitida es la cara más próxima a la fuente de luz.
La discriminación correcta y eficaz de las trazas, y por tanto la eficacia del procedimiento, se consigue, como se ha mencionado anteriormente, mediante un adecuado posicionamiento mutuo de la fuente de luz y la cámara de vídeo, encaminado a maximizar la separación de las trazas, una adecuada selección de las características de la fuente de luz (intensidad, ancho y color de la hoja de luz), y un efecto de dispersión de la luz incidente generada por la superficie del objeto a comprobar. Una vez identificada la traza correspondiente a la primera cara, la reconstrucción de la forma de la superficie exterior, o más generalmente de la superficie más cercana a la fuente de luz, puede realizarse de manera convencional, es decir, como si el objeto fuera opaco, de acuerdo con el procedimiento de triangulación óptica que se conoce y no se describe en detalle aquí.
Si el objeto a comprobar tiene una forma hueca y un grosor muy pequeño en relación con las dimensiones del propio objeto, o si el objeto tiene una forma plana, el procedimiento de acuerdo con la invención puede utilizarse para establecer un segundo criterio: entre la pluralidad de trazas generadas, la segunda traza, es decir, la traza que sigue inmediatamente, es decir, adyacente a la primera traza, es decir, adyacente a la traza relativa a la primera cara del objeto, corresponde a la segunda cara del objeto a marcarse, orientada hacia la primera.
En este caso, es posible determinar el grosor del objeto a comprobar, más concretamente, y como se explica por ejemplo a continuación, el grosor del objeto puede calcularse en función de la distancia entre dichas primeras y segundas trazas. De hecho, los puntos de la superficie opuesta, es decir, la que no mira hacia la fuente de luz (en el caso de un recipiente, esta superficie corresponde a su superficie interna) golpeados por la hoja de luz que ha atravesado la superficie hacia la fuente de luz (en el caso de un recipiente esta superficie corresponde a su superficie exterior) actúan como fuentes de luz puntuales. Para cada uno de estos, de todos los rayos dispersados, la cámara de vídeo recibe sólo el que, habiendo atravesado la superficie enfrentada a la fuente de luz, se dirige hacia el centro de la lente de la cámara de vídeo.
El principio descrito anteriormente se muestra esquemáticamente en la Figura 4, donde se ve una placa de vidrio, mostrándose la placa esquemáticamente como un rectángulo, sobre el que incide perpendicularmente un rayo de luz. El observador (correspondiente a la cámara de video) se supone que está a una distancia infinita (es decir, ubicado a una distancia de observación mucho mayor que el grosor del vidrio), y observa la placa desde un ángulo 0 con respecto al rayo de luz. Para asegurarse de que el rayo que llega desde la segunda interfaz, es decir, desde el lado izquierdo del rectángulo como se orienta en la figura, cuando está en el aire, es decir, cuando se dispersa desde la primera interfaz, que corresponde al lado derecho del rectángulo como se orienta en la figura, es paralelo al relacionado con la primera interfaz, el ángulo de emisión 0i en el vidrio debe satisfacer la siguiente ley de refracción:
no sin(0) = ni sin(0i)j
donde no y n i son los índices de refracción del aire y el vidrio; el índice de refracción del aire no puede tomarse como 1.
Mirando la Figura 4, se verá fácilmente que la distancia aparente entre las dos trazas
AjL¿i2 = (/¿i - / i 2 )
*p2m
se relaciona con el grosor del vidrio de acuerdo con la relación
A f i u =
dtan(01)cos(0)>
y por lo tanto
El resultado es completamente independiente de si las dos interfaces son paralelas o no; sin embargo, se ve afectado por cualquier curvatura de la primera interfaz que se produzca entre el punto de incidencia del rayo y el punto de salida del rayo generado por la segunda interfaz, pero, dado que estos puntos están muy próximos entre sí en relación con el radio de curvatura de la primera interfaz, este efecto es débil.
El procesamiento bidimensional descrito anteriormente se puede implementar fácilmente en 3D cuando se ha determinado la forma de la superficie exterior.
Por regla general, las trazas detectadas pueden tener discontinuidades en las áreas en las que el muestreo no es factible, por defectos del material, por ejemplo. Las trazas detectadas se procesan matemáticamente, lo que permite, suponiendo que el material es continuo (sin grietas), estimar, por interpolación a partir de los datos adquiridos por el sistema, la forma de la superficie del objeto y su grosor, incluso en áreas donde la densidad de muestreo es menor.
Aunque no es necesario para la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención, para reducir el posible efecto de reflexiones/perturbaciones ópticas ajenas a las características a detectar, se puede utilizar, como es el caso en los sistemas conocidos, medios para aumentar el contraste, y así mejorar el muestreo, del perfil resaltado por la fuente de luz en el área de transición. El sistema de aumento de contraste puede configurarse como una pequeña inyección de gases apropiados que contengan resinas sintéticas atomizadas, simples o combinadas, o micropolvos. Este sistema puede ser útil, en particular, en el caso de mediciones en objetos de vidrio que tienen una transparencia muy alta y un acabado superficial interior particularmente fino. El objetivo del sistema de aumento de contraste es sustancialmente maximizar la cantidad de datos muestreados, generando más fuentes de puntos de dispersión.
El procedimiento de acuerdo con la invención permite aproximar fielmente en un solo escaneo el perfil de la superficie que mira hacia la fuente de luz y, de acuerdo con la realización alternativa, también el perfil de la superficie opuesta, es decir, la que no mira hacia la fuente de luz. Si el procedimiento de verificación se aplica a un recipiente, los perfiles de estas superficies corresponden al perfil exterior y al perfil interior del recipiente. El procedimiento de comprobación y/o medida, que puede extenderse a toda la superficie a comprobar o a una parte de la misma, cubre un gran número de puntos y posiciones medidas en un tiempo muy reducido en comparación con los procedimientos conocidos. El procedimiento permite así escanear la superficie de forma continua, en lugar de discreta, es decir punto por punto, como ocurre en los procedimientos conocidos, estando limitada la continuidad del escaneo únicamente por la resolución de los sensores utilizados y la velocidad de adquisición.
En el sistema y procedimiento descrito hasta aquí es el recipiente el que se hace girar con respecto al sistema de comprobación. Sin embargo, es posible diseñar el sistema de tal manera que el recipiente sea estacionario y el movimiento relativo entre el objeto a comprobar y el sistema de comprobación se proporcione moviendo el propio sistema de comprobación.
El movimiento relativo entre el objeto a comprobar y el sistema de comprobación se puede proporcionar de formas diferentes a las que se muestran en la Figura 1, algunas de estas formas se ilustran a modo de ejemplo en la siguiente descripción.
Los sistemas de posicionamiento del recipiente y la fuente de luz descritos a continuación permiten crear un movimiento relativo entre el recipiente y la fuente de luz, de manera que la incidencia de la luz emitida por la fuente de luz sobre la superficie del recipiente se mantiene sustancialmente ortogonal.
La Figura 5 muestra una variante de realización en la que el sentido de emisión de la fuente de luz viene indicado por la referencia X. El recipiente, con una parte paralelepipédica a comprobar, se coloca sobre un soporte capaz de girar y trasladarse en dos sentidos ortogonales del uno al otro. El recipiente define un eje longitudinal que se sitúa en el eje de giro del soporte. Sobre la base de los datos relativos a la forma del recipiente, obtenidos de otros sistemas de adquisición auxiliares (ópticos o mecánicos) del sistema, se gira el recipiente hasta que la dimensión a comprobar sea paralela a la dirección Y que es normal a X. El sistema es capaz de trasladar el recipiente en una dirección paralela a Y, con el fin de comprobar la forma y el grosor de la dimensión paralela a Y.
Alternativamente, en otras configuraciones, la fuente de luz se puede trasladar en la dirección paralela a Y para escanear la dimensión que se comprobará paralela a Y.
En la Figura 6, que muestra otra alternativa de realización, el sistema comprende un dispositivo para posicionar el recipiente, un sistema multieje (por ejemplo, un robot industrial que permite movimientos en 3D, mostrado de forma
muy esquemática) con una unidad de control, una fuente de luz emisor de luz estructurada (un láser, por ejemplo) y una cámara de vídeo.
El dispositivo de posicionamiento del recipiente puede realizar al menos una rotación, así como una traslación paralela a Z.
Sobre la base de datos relativos a la morfología del recipiente y a la topología de su superficie, el dispositivo de posicionamiento orienta el recipiente de manera adecuada con respecto a una dirección Y. El sistema multieje conectado mecánicamente a la fuente de luz mueve esta última por traslación paralela a Y, manteniendo la emisión de la fuente de luz paralela a X.
La cámara de video adquiere las imágenes y, mediante un procesamiento apropiado, reconstruye la forma del perfil del ancho del recipiente paralelo al eje Y y el grosor del recipiente con respecto a dicho perfil.
La Figura 7 muestra de manera simplificada configuraciones de los sistemas auxiliares para generar datos morfológicos y topológicos sobre el recipiente.
Estos sistemas auxiliares podrán consistir en cámaras de vídeo con dispositivos de iluminación apropiados para captar al menos una imagen desde arriba del recipiente o lateralmente con respecto al mismo, que permitan obtener información sobre la morfología del recipiente y sobre la topología de la superficie del recipiente.
Los sistemas de posicionamiento del recipiente y la fuente de luz permiten crear un movimiento relativo entre el recipiente y la fuente de luz, de manera que la incidencia de la luz emitida por la fuente de luz sobre la superficie del recipiente se mantiene ortogonal a la superficie del recipiente o cerca de ortogonal. Durante este movimiento relativo, controlado por sistemas de control, se adquieren y generan una pluralidad de imágenes ordenables a través de una cámara de video. A partir de la combinación de la información elemental contenida en las imágenes, se calcula la tendencia del perfil de la superficie escaneada y se obtienen medidas del grosor de la pared del recipiente sobre toda la superficie o una parte de la misma. El análisis completo de las imágenes que cubren toda la superficie (envoltura) del recipiente también permite obtener datos adecuados para reconstruir la forma espacial del objeto. Si el procedimiento de acuerdo con la invención se aplica a objetos de material transparente de color oscuro, la potencia de emisión de la fuente de luz puede modularse adecuadamente para facilitar la identificación de la traza correspondiente a la segunda superficie a comprobar.
En general, en el caso de objetos hechos de un material transparente particular, puede ser difícil discriminar las dos trazas correspondientes a la superficie exterior y la superficie interior del objeto a comprobar. De hecho, una de las dos trazas puede prevalecer sobre la otra, lo que complica la identificación correcta de la traza deseada. Para superar el problema sería necesario ampliar los tiempos de exposición o establecer umbrales de reconocimiento muy bajos con el riesgo de que se generen ruidos o señales falsas o que no todos los datos contenidos en las imágenes recopiladas puedan considerarse y procesarse.
Para facilitar la identificación de las trazas, es posible utilizar una fuente de luz que emita luz láser polarizada y una cámara de video equipada con filtros apropiados, como un filtro de interferencia (un filtro de paso de banda, por ejemplo, para que el sensor reciba solo las frecuencias correspondientes) a la luz láser emitida por la fuente de luz) y un filtro polarizador.
Después de haber implementado el procedimiento de acuerdo con la presente invención para identificar las trazas correspondientes a la superficie interior y la superficie exterior del objeto a comprobar, se adquieren imágenes adicionales como se describe a continuación.
Al configurar el filtro polarizador de la cámara de video de tal manera que el ángulo de polarización se desplace 90° con respecto al ángulo de polarización de la fuente de luz láser, la primera traza correspondiente a la superficie exterior del objeto está completamente ausente en las imágenes recopiladas posteriormente. Por lo tanto, tales imágenes contienen solo la segunda traza correspondiente a la superficie interna del objeto.
Al restar las imágenes que contienen solo la segunda trazade las imágenes que se recopilaron previamente que contienen ambas trazas, es posible obtener imágenes con solo la primera traza correspondiente a la superficie exterior del objeto. Se señala que las imágenes que contienen ambas trazas pueden recopilarse ajustando, por ejemplo, el ángulo de polarización del filtro polarizador en fase con el ángulo de polarización de la fuente de luz láser.
Este procedimiento se repite para cada una de las posiciones espaciadas angularmente en las que la hoja de luz golpea contra la superficie del recipiente 2, durante la rotación mutua entre el sistema de comprobación y el recipiente 2.
La obtención de imágenes con una única traza permite seguir procesando dichas imágenes (aplicando, por ejemplo, procedimientos de procesamiento más "extremos" que permitan hacer más claro la traza) sin introducir ruidos de otras interferencias que puedan afectar a la discriminación de las trazas.
Esto es ventajoso para comprobar no solo la superficie de un objeto sino también el grosor de un objeto porque la medición de su grosor se simplifica considerablemente.
La recopilación de imágenes individuales, como se describió anteriormente, se ve especialmente facilitada por el uso de modelos recientes de cámaras de vídeo que, gracias a las funcionalidades del sensor y al software de la propia cámara de vídeo, y al cambiar la polarización, procesan automáticamente la imagen recopilada originalmente durante la ejecución de un procedimiento de acuerdo con la invención, es decir, la imagen que contiene ambas trazas, para obtener una imagen que contiene una única traza, sin tomar una imagen más después de que se haya desplazado el ángulo de polarización.
Claims (15)
1. Un procedimiento para comprobar un objeto (2) hecho de un material transparente que define al menos una primera superficie y una segunda superficie, que delimitan un grosor, por medio de un sistema de comprobación (1) que comprende una fuente de luz (4), un sensor (6) que define un eje óptico y una unidad de procesamiento conectada a dicho sensor, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas, no necesariamente en ese orden:
- emitir, por medio de la fuente de luz (4), una hoja de luz que define un plano de iluminación sustancialmente perpendicular a dicha primera superficie,
- posicionar dicho sensor (6) orientado hacia dicha primera superficie de manera que el eje óptico forme un ángulo especificado con el plano de iluminación,
- detectar, entre una pluralidad de rayos dispersados por dichas al menos una primera superficie y una segunda superficie, los rayos dispersados que se reciben en el eje óptico del sensor (6),
- generar, sobre la base de los rayos dispersados detectados, una pluralidad de trazas de luz correspondientes a los perfiles de dichas al menos una primera superficie y una segunda superficie, y - asociar el perfil de una de dichas al menos una primera superficie y una segunda superficie a una traza que se encuentra en una posición predeterminada con respecto a las otras trazas.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el perfil de dicha primera superficie del objeto se asocia a una primera traza que se encuentra en una posición final con respecto a las otras trazas de dicha pluralidad.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el perfil de dicha segunda superficie del objeto se asocia a una segunda traza adyacente a dicha primera traza.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que incluye la etapa adicional de calcular el grosor del objeto en función de la distancia entre dicha primera traza y la segunda traza.
5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ángulo entre el eje óptico del sensor (6) y el plano de iluminación se comprende entre 45° y 85°.
6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos una de dichas primera superficie y segunda superficie del objeto (2) es una superficie curva.
7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el objeto a comprobar es un recipiente (2), dicha primera superficie y segunda superficie que corresponden a la superficie exterior y la superficie interior del recipiente (2), respectivamente.
8. Un sistema de comprobación (1) para la comprobación de un objeto (2) de material transparente que define al menos una primera superficie y una segunda superficie, que delimitan un grosor, comprendiendo el sistema: - una fuente de luz (4),
- un sensor (6) que define un eje óptico, y
- una unidad de procesamiento conectada a dicho sensor (6), caracterizada por el hecho de que
- la fuente de luz (4) se adapta para emitir una hoja de luz que define un plano de iluminación sustancialmente perpendicular a dicha primera superficie; y
- el sensor (6) se adapta para posicionarse orientado hacia dicha primera superficie de tal manera que el eje óptico forma un ángulo definido con el plano de iluminación y se adapta para recibir y detectar, en dicho eje óptico, rayos dispersados por dicho al menos una primera superficie y una segunda superficie y enviar una señal eléctrica,
la unidad de procesamiento se adapta para generar, sobre la base de los rayos dispersados detectados, imágenes de una pluralidad de trazas de luz correspondientes a los perfiles de dicha al menos una primera superficie y una segunda superficie, y para asociar el perfil de una de dichas al menos una primera superficie y una segunda superficie a una traza que se encuentra en una posición predeterminada con respecto a las otras trazas.
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la fuente de luz (4) emite una luz láser.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que la luz emitida por la fuente de luz (4) es una luz estructurada.
11. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que la luz emitida por la fuente de luz (4) puede modularse.
12. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el ángulo entre el eje óptico del sensor (6) y el plano de iluminación se comprende entre 45° y 85°.
13. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la unidad de procesamiento se adapta para asociar el perfil de dicha primera superficie del objeto a una primera traza que se encuentra en una posición final con respecto a las otras trazas de dicha pluralidad.
14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la unidad de procesamiento se adapta para asociar el perfil de dicha segunda superficie del objeto a una segunda traza adyacente a dicha primera traza.
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la unidad de procesamiento se adapta para calcular el grosor del objeto en función de la distancia entre dicha primera traza y segunda traza.
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