PT106954A

PT106954A - Sistema de detecção de irregularidades em superfícies

Info

Publication number: PT106954A
Application number: PT106954A
Authority: PT
Inventors: Anacleto Paulo Da Rocha E Silva
Original assignee: Vimétrica Soluç Es De Vis O Artificial Unipessoal Lda
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-11-24

Abstract

O PRESENTE PEDIDO DESCREVE UM SISTEMA DE DETECÇÃO DE IRREGULARIDADES EM SUPERFÍCIES, NOMEADAMENTE PARTICULARIDADES OU DEFEITOS DE PROFUNDIDADE E OUTROS, EM SUPERFÍCIES DE PEÇAS DE FABRICO INDUSTRIAL, QUE COMPREENDE UM GRUPO DE ILUMINADORES (1A, 1B) COLOCADOS DE FORMA OPOSTA ENTRE SI E NUM ÂNGULO DE ATÉ 60º EM RELAÇÃO À SUPERFÍCIE (4) A ILUMINAR, UM CAPTURADOR DE IMAGENS (2), COLOCADO EM POSIÇÃO PERPENDICULAR FACE À SUPERFÍCIE A ILUMINAR E UMA UNIDADE DE PROCESSAMENTO DE IMAGENS (3). A TÉCNICA AGORA PROPOSTA PERMITE UM AUMENTO DE NITIDEZ NA DETECÇÃO DE IRREGULARIDADES, PARTICULARIDADES OU DEFEITOS DE PROFUNDIDADE NA SUPERFÍCIE EM ANÁLISE, SENDO APLICADA EM INSPECÇÃO VISUAL AUTOMÁTICA.

Description

DESCRIÇÃO "Sistema de detecção de irregularidades em superfícies"

Domínio técnico A presente realização descreve um sistema de detecção de irregularidades, particularidades ou defeitos de profundidade em superfícies.

Sumário É objectivo do presente pedido descrever um sistema de detecção de irregularidades em superfícies que compreende um grupo de iluminadores colocados num ângulo de até 60° em relação à superfície a iluminar, um capturador de imagem colocada na perpendicular sobre a superfície a iluminar e um processador de imagem.

Numa forma de realização preferencial, cada um dos iluminadores utilizado no sistema emite um feixe de luz alternadamente.

Numa outra forma de realização preferencial, pelo menos um emissor de laser em linha utilizado no sistema incide sobre a superfície a iluminar.

Ainda numa outra forma de realização preferencial, um feixe de luz estruturada utilizado no sistema ilumina alternadamente comparativamente aos iluminadores.

Numa outra forma de realização preferencial, o feixe de luz estruturada utilizada no sistema é um laser de linha. 1

Numa forma de realização preferencial, a intensidade dos iluminadores utilizados no sistema tem pelo menos 500 lux's.

Numa outra forma de realização preferencial, o laser utilizado no sistema tem uma potência de pelo menos 1 miliwatt.

Ainda numa outra forma de realização preferencial, o capturador de imagem utilizado no sistema capta pelo menos 20 fotogramas /imagem por segundo.

Numa forma de realização preferencial, os iluminadores e o capturador de imagem do sistema funcionam sincronizadamente. É ainda objectivo do presente pedido descrever a utilização do sistema na análise de particularidades ou defeitos de profundidade em superfícies.

Antecedentes

Os sistemas de inspecção automática de superfícies, por exemplo de peças, existentes actualmente, utilizam um sistema de iluminação simples, com um único iluminador, que poderá estar ligado de uma forma contínua, ou que ligue no instante de cada fotografia. Verifica-se contudo que esta inspecção baseada naquela metodologia é altamente dependente da orientação das peças no momento da captação de imagens. Ou seja, caso existam irregularidades no lado da peça cuja incidência luminosa não foi suficiente e, pelo contrário, não exista qualquer irregularidade no lado da peça onde incidiu a iluminação, essa peça não será 2 rejeitada, mesmo tendo, na realidade, irregularidades que deveriam ditar a sua rejeição.

Pelo contrário, a presente técnica apresenta a utilização de um grupo de iluminadores, o que permite uma melhoria na qualidade da imagem captada, tornando-a quase insensível à orientação da peça no momento da captação. Garante-se desta forma que a peça seja analisada no seu todo. 0 documento JP H08184410A divulga um dispositivo para a deteção de arestas com mais do que um iluminador. Contudo, o documento não divulga a utilização de fotografias com iluminações de diferentes direções para a obtenção de uma única imagem final que permita uma deteção mais rigorosa. Para além disso, ao contrário da tecnologia apresentada neste pedido não há qualquer objetivo de uniformização da fotografia de acordo com o ângulo com que a peça se apresenta à câmara. 0 documento NL 1010613 divulga um método para inspeção de uma superfície utilizando mais do que um iluminador obtendo iluminações com diferentes ângulos sempre com a mesma direção. Este método tenta realçar certos brilhos muito dependentes da textura do material. Contudo, o documento não divulga a utilização de fotografias com iluminações de diferentes direções para a obtenção de uma única imagem final que permita uma deteção mais rigorosa. Para além disso, ao contrário da tecnologia apresentada neste pedido não há qualquer objetivo de uniformização da fotografia de acordo com o ângulo com que a peça se apresenta à câmara. O documento EP 0961113 divulga um dispositivo para inspeção de um contentor utilizando mais do que um iluminador. 3

Contudo, a iluminação usada nesta patente, apesar de ser dupla, não está em direcções opostas, pelo que não é comparável. Para além disso, ao contrário da tecnologia apresentada neste pedido não há qualquer objetivo de uniformização da fotografia de acordo com o ângulo com que a peça se apresenta à câmara.

Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da técnica juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objecto da presente técnica.

Figura 1: Representação esquemática de um sistema de detecção de irregularidades, onde os números de referência representam: la - Iluminador; lb - Iluminador; 2 - Capturador de imagens; 3 - Unidade de processamento de imagens 4 - Superfície.

Figura 2: Pormenor da peça inspeccionada, com o detalhe da sombra, onde os números de referência representam: la - Iluminador; 2 - Capturador de imagens; 3 - Unidade de processamento de imagens; 4 - Superfície; 5 - Sombra provocada por acção do iluminador la.

Figura 3: Pormenor da peça inspeccionada, com o detalhe da sombra, onde os números de referência representam: 4 lb - Iluminador; 2 - Capturador de imagens; 3 - Unidade de processamento de imagens; 4 - Superfície; 6 - Sombra provocada por acção do iluminador lb.

Figura 4: Representação esquemática de um sistema de detecção de irregularidades com iluminação e laser, onde os números de referência representam: la - Iluminador; lb - Iluminador; 2 - Capturador de imagens; 3 - Unidade de processamento de imagens; 4 - Superfície; 7a - Laser; 7b - Laser.

Figura 5: Pormenor explicativo do processo de triangulação, onde os números de referência representam: 2 - Capturador de imagens; 3 - Unidade de processamento de imagens; 4 - Superfície a analisar; 7a - Laser; 8 - Linha de luz.

Figura 6: Representação esquemática de um sistema de detecção de irregularidades com iluminação e laser, onde os números de referência representam: la - Iluminador; lb - Iluminador; 2 - Capturador de imagens; 3 - Unidade de processamento de imagens; 9 - Superfície; 5 10,11 - Sombra; 12- Mancha.

Descrição de uma forma de realização preferencial O presente pedido descreve um sistema de detecção de irregularidades em superfícies, nomeadamente particularidades ou defeitos de profundidade e outros, em superfícies de peças de fabrico industrial, que compreende um grupo de iluminadores (la,lb) colocados de forma oposta entre si num ângulo de até 60° em relação à superfície (4) a iluminar, um capturador de imagens (2) , colocado na perpendicular sobre a superfície a iluminar e uma unidade de processamento de imagens (3) . A técnica agora proposta permite um aumento de nitidez na detecção de irregularidades, particularidades ou defeitos de profundidade e outros, na superfície em análise, por via da melhoria da qualidade das imagens captadas, tornando-a insensível à orientação entre a peça e o sistema de iluminação, sendo aplicada preferencialmente em inspecção visual automática e tendo particular importância na inspecção de peças compridas ou cilíndricas, em que a imagem é, na realidade, um varrimento de pequenas imagens ao longo do comprimento da peça, ou ao longo do seu perímetro, e que no final deste varrimento é formada uma única imagem, do tamanho da peça completa. A superfície (4) a analisar é colocada sob o capturador de imagens (2), fazendo-se sobre ela incidir, alternadamente, luz proveniente do grupo de iluminadores (la,lb), o que irá provocar uma sombra (5) ou (6) consoante a acção de cada iluminador (la,lb). De seguida, o capturador de imagens (2) capta a superfície iluminada e a respectiva sombra (5) ou 6 (6) que entretanto se formou. De modo a aproveitar a incidência alternada de luz, o capturador de imagens (2) é capaz de adquirir pelo menos o dobro das imagens ao longo da superfície (4) a analisar. Posteriormente, a unidade de processamento de imagens (3) deverá processar as imagens recolhidas e produzir uma única imagem, em que cada detalhe será o resultado da imagem de cada membro do grupo de iluminadores (la,lb) que estiver melhor posicionado para iluminar esse detalhe. Adicionalmente poderá somar-se ao grupo de iluminadores (la,lb), pelo menos um emissor laser (7a, 7b), o qual deve ter uma potência de pelo menos 1 miliwatt, para que se possa medir a profundidade das irregularidades, através de um processo de triangulação, conforme se ilustra na figura 4. 0 processo de triangulação pode ser efectuado através da incidência de uma fonte de luz estruturada, por exemplo através de um emissor laser (7a,7b), sobre uma superfície (4), de forma a que a linha de luz (8) emitida pelo emissor laser (7a,7b) venha a adquirir a forma da superfície (4). De seguida o capturador de imagem (2) capta a linha de luz (8) a qual revela as irregularidades da superfície (4).

Se por ventura tivéssemos o grupo de iluminadores (la,lb), ligados de forma contínua ao longo da formação da imagem, cada um dos componentes do grupo de iluminadores (la,lb) iria atenuar as melhores características da imagem que tivesse incidência de luz do outro componente. A técnica pretende colmatar este inconveniente, dado que nunca o grupo de iluminadores (la,lb) deverá ter os seus componentes ligados simultaneamente. Preferencialmente cada imagem tem a iluminação de um único iluminador, ou seja, em cada imagem, todos os componentes do grupo de iluminadores 7 (la,lb) estão desligados, excepto um. Significa que, em cada momento, temos apenas um iluminador (la) ou (lb) ligado. Na imagem seguinte, este iluminador (la) ou (lb) ficará desligado, e será ligado o outro iluminador (la) ou (lb), e assim sucessivamente. A unidade de processamento de imagens (3) fará a integração das imagens obtidas e devolverá uma única imagem, que pode conter a sombra provocada por acção do iluminador (la) e a sombra provocada por acção do iluminador (lb), apresentando os melhores detalhes de cada irregularidade, efectuando ainda eventuais correcções de posicionamento de cada uma das partes da imagem. Desta forma, o processamento da imagem será somente um, e o resultado terá o máximo de precisão e repetibilidade.

Saliente-se que, no inicio do processo de análise, a superfície (4) a analisar pode estar orientada para que nem todas as suas particularidades sejam de fácil análise, como se ilustra nas figuras 2 e 3 onde, se fizermos incidir apenas um iluminador (la) ou (lb) em qualquer dos lados da superfície, captamos sempre uma área e respectiva sombra de forma restrita (5) ou (6), ficando assim parte da irregularidade por analisar. Como antes se referiu, o grupo de iluminadores (la,lb), cuja intensidade deve ser de pelo menos 500 lux's, permitem obviar a captação da imagem iluminada apenas de um único lado. Assim, independentemente da forma como a superfície (4) está orientada, garantimos que ambos os lados, proximal ou distai, estão iluminados e ambos são analisados. As imagens tiradas pelo capturador de imagens (2) , o qual deverá captar pelo menos 20 fotogramas/imagem por segundo, após iluminação de cada um dos lados, são posteriormente juntas pela unidade de processamento de imagens (3), que as analisa, identificando os defeitos ou irregularidades encontradas, de acordo com parâmetros pré-programados, procedendo à sua aceitação ou rejeição. 0 presente sistema permite ainda a utilização dos diversos componentes, para detecção e posterior análise de superfícies através da detecção da sombra (10,11) por esta provocada. Inicialmente é detectada uma superfície (9) pela detecção da sua sombra (10,11). Essa superfície (9) é de seguida analisada de forma a nela se detectarem irregularidades ou determinado tipo de características de acordo com um padrão previamente programado no processador de imagens (3), como por exemplo manchas (12) nela impressas anteriormente. Desta forma, sempre que o processador de imagens (3) detecta uma superfície (9) cujas características sejam as previamente programadas, proceder-se-á sua aceitação ou rejeição.

Exemplos de aplicação

De seguida apresentam-se resultados comparativos de análises efectuadas com a utilização de um e dois iluminadores. Como se constata na tabela 2, sendo o critério 1 a soma da área, em mm2, de todas as irregularidades detectadas quer no lado A, quer no lado B, da superfície em análise e o critério 2 a soma das três maiores irregularidades, verifica-se que com a acção de dois iluminadores a média da área em análise assim como o número de irregularidades passíveis de análise é superior quando comparado com a acção de apenas um iluminador (tabela 1) . Por lado A e lado B entendem-se dois lados opostos da superfície a testar. 9

Tabela 1

Resultados dos testes efectuados para análise de uma superfície com um iluminador

Análise de superfície com um iluminador LADO A LADO B Critério 1 Critério 2 Critério 1 Critério 2 238 65,5 290, 6 96,1 254 71 306, 3 103, 2 244 70,7 282,5 84,7 252, 6 68,2 286, 1 95,3 249, 6 71 266, 6 78,2 240,8 68,6 277,3 89, 6 244,3 65,2 297,7 99,1 240,3 68,5 300,2 93,2 237,2 65,4 282 83,8 245,5 65,2 297, 9 97,2 média 244,63 67, 93 média 288,72 92,04 Desvio Padrão 5,87 2,46 Desvio Padrão 12,11 7,81 % DP 2,40% 3, 63% % DP 4,19% 8,48% Valores totais considerando Lado A e Lado B média 266,675 79,985 Desvio Padrão 24,440279 13,5913779 % DP 9,16% 16,99% <- Resultado da superfície 1 com um iluminador e considerando os dois lados 10

Tabela 2

Resultados dos testes efectuados para análise de uma superfície com dois iluminadores

Análise de superfície com dois iluminadores LADO A LADO B Critério 1 Critério 2 Critério 1 Critério 2 315 100,5 313, 7 102,7 333, 8 108, 8 335, 3 109, 6 310 108,4 333, 4 109, 6 304, 1 102 328, 8 110,7 309, 1 99,2 319, 5 104,7 303, 7 99, 1 298,7 104,1 327, 4 111,2 357, 9 117, 9 316, 5 105, 4 315, 9 105,1 329, 6 105 366, 4 122 308,2 98, 6 349, 4 113, 5 média 315,74 103,82 média 331,90 109, 99 Desvio Padrão 10,90 4,59 Desvio Padrão 21, 18 6, 32 % DP 3, 45% 4,42% % DP 6, 38% 5,75% Valores totais considerando Lado A e Lado B média 323,82 106,905 Desvio Padrão 18,3741409 6,23803908 % DP 5, 67% 5, 84% <- Resultado da superfície 1 com dois iluminadores e considerando os dois lados A presente realização não é, naturalmente, de modo algum restrita às realizações descritas neste documento e uma pessoa com conhecimentos médios da área poderá prever muitas possibilidades de modificação da mesma sem se 11 afastar da ideia geral, tal como definido nas reivindicações.

As realizações preferenciais acima descritas são obviamente combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações preferenciais.

Lisboa, 23 de Setembro de 2014 12

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de detecção de irregularidades em superfícies caracterizado por compreender um grupo de iluminadores (la, lb) colocados num ângulo de até 60° em relação à superfície (4) a iluminar, um capturador de imagens (2) colocado na perpendicular sobre a superfície (4) a iluminar e uma unidade de processamento de imagens (3) formando uma única imagem.
2. Sistema de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender pelo menos um emissor de laser (7a, 7b) em linha que incide sobre a superfície (4) a iluminar.
3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o feixe de luz estruturada ser um laser (7a, 7b) de linha.
4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a intensidade dos iluminadores (la, lb) ser de pelo menos 500 lux's.
5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o laser (7a, 7b) ter uma potência de pelo menos 1 miliwatt.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o capturador de imagens (2) captar pelo menos 2 0 fotogramas /imagem por segundo. 1
7. Método de medição usando o sistema descrito em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender os seguintes passos: A superfície (4) a analisar é colocada sob o capturador de imagens (2), fazendo-se sobre ela incidir luz proveniente do grupo de iluminadores (la,lb); 0 capturador de imagens (2) capta a superfície iluminada e a respectiva sombra (5, 6) que entretanto se formou; - A unidade de processamento de imagens (3) deverá processar as imagens recolhidas e produzir uma única imagem; - o capturador de imagem (2) capta a linha de luz (8) a qual revela as irregularidades da superfície (4).
8. Método de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por cada um dos iluminadores (la, lb) emitirem um feixe de luz alternadamente.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 e 8, caracterizado por um feixe de luz estruturada iluminar alternadamente comparativamente aos iluminadores (la, lb).
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 9, caracterizado por os iluminadores (la, lb) e o capturador de imagens (2) funcionarem sincronizadamente.
11. Utilização do sistema descrito em qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por ser utilizado na 2 análise de particularidades ou defeitos de profundidade em superfícies. Lisboa, 23 de Setembro de 2014 3