PL164250B1 - Method of and apparatus for detecting and classifying surface corrugation - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wykrywania i klasyfikacji pofaldowania powierzchni zawierajace zródlo swiatla i ekran posiadajacy wiele nieprzezroczystych czesci ulozonych na przemian z czesciami przezroczystymi, oraz element wykrywajacy do badania analitycznego powierzchni, przy czym ekran jest usytuowany pomie- dzy zródlem swiatla i badana powierzchnia, a element wykrywajacy jest przystosowany do wytwarzania zmiennego elektrycznego sygnalu i jest czuly na ko- lejno nastepujace prazki jasne i ciemne wytworzone na badanej powierzchni, natomiast z elementem wy- krywajacym sa polaczone elementy liczace przystoso- wane do dokonywania matematycznego obliczania gradientu sygnalu wytwarzanego przez element wy- krywajacy, znamienne tym, ze czesci przezroczyste (13) i czesci nieprzezroczyste (12) ekranu (11) maja stala szerokosc. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania powierzchni.

Wynalazek dotyczy urządzenia, które może być korzystnie stosowane do oceny estetycznego wykonywania karoserii pojazdu natryskiwanego farbą, umożliwiając ocenę wykonania obróbki w czasiejej trwania i pozwala na natychmiastowe dokonanie poprawek tak, żeby uzyskać doskonałe wyniki, szczególnie odnośnie samej powierzchni. Jak wiadomo, niedokładne pokrycie farbą powoduje powstawanie na powierzchni drobnych i średnich fałdek o dowolnym nachyleniu i kierunku, przypominających wyglądem skórkę pomarańczy.

Dotychczasowe wykrywanie i klasyfikacja pofałdowania powierzchni polega na ręcznym rzutowaniu na badaną powierzchnię siatek zawierających przemiennie ułożone obszary świetlne (białe) i ciemne (czarne) ze zmniejszającym się nachyleniem. Obserwator ocenia, czy pofałdowanie farby zniekształca obraz odbijany przez badaną powierzchnię tak, że dwa sąsiednie ciemne prążki łączą się. Jeśli się łączą, to numerem siatki, która powoduje taki efekt, jest określana wielkość pofałdowania (w skali zmniejszającej się zwykle od 6 do 20, gdzie 20 reprezentuje doskonałe odbijanie i zerowe pofałdowanie). Stosowane urządzenia zarówno z punktu widzenia ich ręcznego manipulowania, jak też ze względu na uzyskiwane niezbyt dokładne i subiektywne wyniki są zawodne.

Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 4 682 041 urządzenie do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania powierzchni, które zawiera źródło światła i ekran posiadający wiele nieprzezroczystych i przezroczystych, naprzemianległych obszarów oraz element wykrywający, czuły na zmienne natężenie światła obraz odbitego od badanej powierzchni.

Urządzenie przedstawione w powyższym opisie jest czułe na jaskrawość obrazu odbitego od badanej powierzchni, w związku z czym konieczne jest wprowadzenie współczynnika normalizacji, co powoduje niedokładność pomiaru ze względu na złożoność obliczeń i stosowanie dodatkowego parametru.

Urządzenie do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania powierzchni zawiera źródło światła i ekran posiadający wiele nieprzezroczystych części ułożonych na przemian z częściami przezroczystymi oraz element wykrywający do badania analitycznego powierzchni, przy czym ekranjest usytuowany pomiędzy źródłem światła i badaną powierzchnią, a element wykrywający jest przystosowany do wytwarzania zmiennego elektrycznego sygnału i jest czuły na kolejno następujące prążki jasne i ciemne wytworzone na badanej powierzchni. Z elementem wykrywającym są połączone elementy liczące przystosowane do dokonywania matematycznego obliczania gradientu sygnału wytwarzanego przez element wykrywający.

Według wynalazku, urządzenie charakteryzuje się tym, że części przezroczyste i części nieprzezroczyste ekranu mają stałą szerokość.

Korzystnie części nieprzezroczyste i części przezroczyste ekranu są proste.

Korzystnie części nieprzezroczyste i części przezroczyste ekranu są zakrzywione.

Korzystnie zakrzywione części nieprzezroczyste i części przezroczyste ekranu są pierścieniowe i koncentryczne.

Korzystnie nieprzezroczyste części i przezroczyste części mają taką samą szerokość.

Urządzenie do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania według wynalazku ma wiele zalet, z których główne to te, że pomiar pofałdowaniajest całkowicie zautomatyzowany i dzięki temu nie podlega subiektywnej ocenie operatora, a ponadto nie zależy od barwy badanej warstwy. Nie wymaga wprowadzania parametrów normalizacyjnych.

Towarzyszące punktowe uszkodzenia nie fałszują pomiaru, gdyż są odtwarzane całkowicie poza ogniskiem płaszczyzny obrazu kamery telewizyjnej. Żadne krzywizny czy niedokładności siatki lub niedokładne ogniskowanie nie wpływają na wyniki pomiarów /skala może być zmieniona/ i jest możliwe ustawienie kamery w szerokim zakresie odległości od badanego obszaru, utrzymując układ soczewki kamery telewizyjnej nieznacznie otwartym. Urządzenie może być stosowane do różnego rodzaju powierzchni po różnych obróbkach powierzchniowych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonana na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schemat urządzenia do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania powierzchni poddanej obróbce, fig. 2, 3 i 4 - przebieg niektórych sygnałów wykrywanych lub obliczanych przez urządzenie pokazane na fig. 1 w trzech różnych stanach pracy, fig. 5, 6 i 7 - wykresy uzyskane przy zastosowaniu urządzenia pokazanego na fig. 1 i odnoszące się do stanów pracy przedstawionych kolejno na fig. 2,3 i 4 oraz fig. 8 - w powiększonej skali przykład możliwego stanu pracy, który może wystąpić podczas stosowania urządzenia pokazanego na fig. 1.

Na figurze 1 jest przedstawione urządzenie 1 do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania poddanej obróbce. Urządzenie 1 może być korzystnie stosowane do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania warstwy 2 farby nanesionej na powierzchnię blachy 3 stanowiącej zewnętrzną część karoserii pojazdu, na przykład samochodu osobowego. Urządzenie 1 zawiera elementy oświetlające 5 przystosowane do oświetlania badanego obszaru 6 powierzchni warstwy 2 za pomocą wiązki świetlnej 7 zawierającej wiele obszarów jasnych na przemian z obszarami ciemnymi i z wyraźnymi krawędziami pomiędzy poszczególnymi obszarami. Elementy oświetlające 5 zawierają źródło światła 10 i ekran 11 wyświetlający wiele nieprzezroczystych części 12 na przemian z przezroczystymi częściami 13 ekranu. W celu prawidłowego użycia urządzenia źródło 10 i ekran 11 powinny być tak ustawione, żeby na powierzchni warstwy 2 farby odbijana siatka składająca się z obszarów jasnych i ciemnych z wyraźnymi sąsiednimi krawędziami tworzyła prążki. Urządzenie 1 według wynalazku zawiera elementy 15 wykrywające obraz, przystosowane do badania obszaru 6 warstwy 2 przez analizowanie tak, że zostaje uzyskany przemienny sygnał elektryczny dla kolejnego wykrywania obszarów jasnych i ciemnych tej siatki oraz elementy liczące 16, które dokonują matematycznego obliczenia gradientu sygnału wytwarzanego przez elementy 15 wykrywające obraz. Elementy 15 wykrywające obraz zawierają korzystnie kamerę telewizyjną położoną bezpośrednio przeciwległe względem źródła 10 i ustawioną tak, że obraz pokazuje obszar padania wiązki 7.

Linie analizowania, kamery telewizyjnej 15 są prostopadłe do prążków sieci powstałych na powierzchni obszaru warstwy 2. W korzystnym wykonaniu według wynalaku, opisanym dalej, możliwe jest dowolne ustawienie kamery telewizyjnej względem sieci pod warunkiem, że jest ona usytuowana w symetrycznym lustrzanym położeniu. Kąt podania A pomiędzy wiązką 7 i powierzchnią warstwy 2 nie jest stały, dla przykładu może być równy 45°. Urządzenie 1 zawiera również elemnty porównujące 17, które przeprowadzają analizę porównawczą wykresów prążków uzyskanych na końcu badania obszaru 6 z ustalonymi wartościami odniesienia. Elementy liczące 16 i elementy porównujące 17 tworzą razem układ przetwarzający 18 sygnały wizyjne, wyposażony w wyjście, które jest dołączone bezpośrednio do układu wyświetlającego 19, który może zawierać dla przykładu monitor i/lub drukarkę /nie przedstawione na rysunku/.

Figury 2a, 3a i 4a pokazują trz.y różne przykłady obrazów odbicia wiązki świetlnej 7 przez badany obszar 6, powstałych w wyniku odbicia od trzech powierzchni warstwy 2 farby o różnym stopniu pofałdowania /zero, średnim, dużym/. W tym przypadku kamera telewizyjna 15 wytwarza podczas analizy powierzchni warstwy 2, przeprowadzanej przy użyciu linii analizowania S, trzy różne sygnały elektryczne /fig. 2b, 3b, 4b/, których bezwzględna wartość gradientu, obliczona przez elementy liczące 16, jest podana na fig. 2c, 3c,4c. Analizowanie powierzchni obszaru 6 przez kamerę telewizyjną 15 powinno być przeprowadzane idealnie wzdłuż lini, które są położone prostopadle do prążków będących obrazem części przezroczystych i nieprzezroczystych 12,13 rzutowanych na obszar 6 powierzchni, o czym już wzmiankowo.

Na figurach 5,6 i 7 są przedstawione wykresy gradientów w funkcji liczby pikseli, zwykle wyświetlane w układzie wyświetlającym 19 i uzyskiwane za pomocą układu przetwarzającego 18, dla sygnału wyjściowego wytwarzanego przez kamerę telewizyjną 15, w odniesieniu do kolejnych obrazów powierzchni warstwy 2 z fig. 2, 3 i 4. Gradient jest obliczony jako wartość bezwzględna różnicy amplitud sygnału wizyjnego kamery telewizyjnej 15 dla pobliskich pikseli, a maksymalne jako wartości GO, G1 i G2 są zaznaczone odpowiednio na fig. 5,6 i 7 . Należy zaznaczyć, że wykresy pokazane na fig. 5,6 i 7 są wiernymi przykładami i podlegają zakłóceniom wytwarzanym podczas odbioru i następnie przetwarzania sygnału optycznego przez kamerę telewizyjną 15 i układ przetwarzający 18.

Na figurze 8 pokazano tor elementarnej części P źródła światła 10 oświetlającego część P’ obszaru 6 i skupionego w odpowiedniej części P” płaszczyzny obrazu kamery telewizyjnej 15 za pomocą soczewki skupiającej 20. Jakiekolwiek zniekształcenie N’ na pofałdowanej powierzchni warstwy farby powoduje, że wiązka świetlna 7 jest odbijana na obszar N” płaszczyzny obrazu kamery telewizyjnej 15, w położeniu poza ogniskiem części P”.

Widać jasno, że przy użyciu urządzenia 1 towarzyszące, punktowe uszkodzenia powierzchni badanej warstwy oddziafywują na uzyskanie dane nieznacznie, gdyż obraz tych uszkodzeń powstaje całkowicie poza ogniskiem, gdy wykrywanie jest typu statystycznego, opartego na dużej liczbie pikseli.

Wykrywanie i klasyfikacja pofałdowania powierzchni poddanej obróbce według wynalazku polega na tym, że oświetla się obszar wiązką świetlną 7, zasadniczo zawierającą wiele obszarów jasnych na przemian z obszarami ciemnymi i korzystnie z wyraźnymi krawędziami poszczególnymi obszarami sąsiednimi, a następnie wykrywa się wiązkę 7 odbitą przez obszar 6 powierzchni warstwy 2 przy pomocy elementów 15 wykrywających obraz, które analizują obraz 6 tak, ażeby uzyskać zmienny sygnał elektryczny dla kolejnego wykrywania obszarów jasnych i ciemnych powierzchni, po czym oblicza się matematycznie przy pomocy elementu 16 gradient i odpowiednią liczbę pikseli dla tego sygnału wytwarzanego przez elementy 15 wykrywające obraz oraz wyświetla się wykres gradientu w funkcji liczby pikseli, a następnie przy pomocy elementu 17 przeprowadza się analizę porównawczą wykresu uzyskanego nakońcu badania obszaru 6 z ustalonymi wartościami odniesienia.

W przypadku tego typu pofałdowania powierzchni warstwy farby, na końcu badania powierzchni, uzyskano różne wykresy, co pokazano dla przykładu na fig.5, 6 i 7. Analiza uzyskanych wartości GO, G1 g2 pozwala określić stopień pofałdowania, które wzrasta, gdy maksymalna wartość gradientu obliczona dla poszczególnego przypadku maleje. Dla przykładu, poważnie pofałdowana powierzchnia powoduje, że wzdłuż badanej linii występuje stopniowe łączenie się obszarów ciemnych i jasnych przy gradiencie, który dąży do zera.

Maksymalna szerokość części 12 i 13 tworzących siatkę, bez względu na ich położenie w stosunku do kamery telewizyjnej 15, jest określana przez przekładnię optyczną reprezentowaną przez maksymalny kąt nachylenia elementarnych części stanowiących pofałdowaną powierzchnię warstwy 2 względem ekranu Hi przez odległość pomiędzy źródłem 10 i rzeczywistą powierzchnią warstwy 2. Maksymalne rozważane nachylenie badanej powierzchni względem ekranu 11 musi być takie, aby na badanym obszarze 6 warstwy 2 zawsze występowały prążki jasne i ciemne. Liczba obszarów zawartych w siatce ekranu 11, przy uwzględnieniu minimalnych wymiarów ustalanych w oparciu o powyższe rozważania, nie jest ograniczona, pod warunkiem, że umożliwia dokonanie miarodajnych obliczeń statystycznych.

Klasyfikacji pofałdowania dokonuje się w ten sposób, że wykres uzyskany na końcu analizy badanej powierzchni /fig. 5,6 i 7/ dzieli się na różne części, a wielkość pofałdowania w wyniku natryskiwania określa się w oparciu o uprzednio przygotowane próbki. Analizuje się liczbę pikseli w każdej z tych części i jeżeli ta liczba jest mniejsza niż ustalone minimum, staje się ona pierwszą wartością stanu powierzchni, przesuwając się z prawej strony wykresu na lewą stronę, gdzie przekracza minimum.

Przy użyciu nachylonych siatek jest możliwe odróżnienie pofałdowania zorientowanego w nieprzypadkowy sposób na przykład w kształcie krzywizn lub pierścieni koncentrycznych i wykrycie maksymalnej wartości pofałdowania, a także możliwe jest stosowanie siatek ekranu 11, w których obszaay jrame i cietmn są zzłkrzywone lub pierściernowe. Jeeżlinaleey zrralliowaa rzutowanie ze względnym ruchem pomiędzy badanym obszarem 6 i urządzeniem 1, można zastosować źródło światła 10, które dostarcza przerwaną wiązkę świetlną 7 właściwie zsynchronizowaną z ruchem pomiędzy badanym obszarem 6 i urządzeniem 1, można zastosować źródło światła 10, które dostarcza przerywana wiązkę świetlną 7 właściwie osychroeizowaną z ruchem elementów dostarczających obraz.

Można dokonać modyfikacji urządzenia, które przedstawiono powyżej, bez oddalania się od istoty wynalazku. Dla przykładu, przedstawione powyżej urządzenie stosowane do wykrywania i kIasycyikαhji pofałdowania powierzchni farby karoserii samochodu osobowego, można również zastosować z dużą korzyścią do spełniania podobnych zadań przy obróbce powierzchniowej innego rodzaju.

Fig2 b, Ί FL-T

c) ----

ο Π Π Π-Π

Fig.3

1164250

Fig.7 ns pixeis

Fig.1 /\

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,100 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wykrywania i klasyfikacji pofałdowania powierzchni zawierające źródło światła i ekran posiadający wiele nieprzezroczystych części ułożonych na przemian z częściami przezroczystymi oraz element wykrywający do badania analitycznego powierzchni, przy czym ekranjest usytuowany pomiędzy źródłem światła i badaną powierzchnią, a elementwykrywający jest przystosowany do wytwarzania zmiennego elektrycznego sygnału i jest czuły na kolejno następujące prążki jasne i ciemne wytworzone na badanej powierzchni, natomiast z elementem wykrywającym są połączone elementy liczące przystosowane do dokonywaniamatematycznego obliczania gradientu sygnału wytwarzanego przez element wykrywający, znamienne tym, że części przezroczyste (13) i części nieprzezroczyste (12) ekranu (11) mają stałą szerokość.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że części nieprzezroczyste (12) i części przezroczyste (13) ekranu (11) są proste.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że części nieprzezroczyste (12) i części przezroczyste (13) ekranu (11) są zakrzywione.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3 znamienne tym, że zakrzywione części nieprzezroczyste (12) i części przezroczyste (13) ekranu (11) są pierścieniowe i koncentryczne.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że nieprzezroczyste części (12) i przezroczyste części (13) mają taką samą szerokość.