ES2329736T3 - Inspeccion de acristalamiento. - Google Patents

Abstract

Un método de inspección de un acristalamiento para detectar defectos, que comprende: iluminar el acristalamiento con luz que tiene una primera longitud de onda, para producir una imagen de campo brillante; iluminar el acristalamiento con luz que tiene una segunda longitud de onda, para producir una imagen de campo oscuro; iluminar el acristalamiento con luz que tiene una primera longitud de onda, para producir una imagen de gráfico de sombras; y capturar la imagen del campo brillante, la imagen del campo oscuro y la imagen del grafo de sombras utilizando un único dispositivo de captura de imagen.

Description

Inspección de acristalamiento.

La presente invención se refiere a la inspección de acristalamientos, en particular, a la inspección de acristalamientos para la detección de defectos de distorsión y no-distorsión.

Durante la producción, el cristal utilizado en acristalamientos de automóviles es inspeccionado para detectar varios defectos que pueden afectar a la calidad óptica del producto acristalado acabado. Por ejemplo, el cristal puede tener defectos adquiridos a través del procesamiento, tales como defectos en los bordes, brillos y lustres a partir de procesos de corte y afilado utilizados para cortar el cristal a medida. Alternativamente, pueden producirse defectos a través de distorsión, variaciones del espesor y de la curvatura a partir de los procesos de cocción y flexión utilizados para configurar el cristal. Por ejemplo, se puede ver una imagen secundaria cuando se ve un objeto a través de un cristal configurado. Esté es el caso tanto para acristalamientos de una sola capa como también para acristalamientos laminados.

También se pueden producir defectos dentro del cuerpo del cristal, a partir del proceso de fabricación del cristal, o sobre la superficie del cristal a partir del procesamiento, ya sea durante o después de la fabricación. Por ejemplo, el cristal fabricado utilizando el procedimiento de flotación puede tener pequeñas burbujas de gas e inclusiones de sulfuro de níquel dentro del cuerpo del cristal, o zonas donde los restos de vidrio roto (cristal reciclado) no se han fundido adecuadamente, y se han formado regiones fundidas. La superficie del cristal puede tener manchas de estaño, huellas de rodillos (de los rodillos del túnel de recocido), abrasiones, virutas y grietas de enfriamiento. Aunque algunos de estos defectos pueden ser detectados entre la salida del cristal desde la línea de flotación y el procesamiento posterior, tales como cocción y flexión, algunos, tales como abrasiones, no pueden ser detectados hasta una inspección final, ya que pueden surgir en cualquier punto en el procesamiento del cristal. Tales defectos tienen implicaciones sobre la calidad final, la apariencia cosmética y la duración de un acristalamiento.

Típicamente, los defectos en el vidrio son detectados utilizando procesos de inspección óptica. Existen procesos en los que el vidrio es iluminado o bien en transmisión o reflexión, y las variaciones en la luz transmitida son utilizadas para determinar si está presente un defecto. Un método de inspección de la calidad bien conocido es el grafo de sombras, tal como se describe en los documentos US 2003/0151739 A1 y WO 2004/088294 A1. Un acristalamiento es colocado entre una fuente de luz localizada (una fuente puntual de alta intensidad) y una pantalla, y se proyecta una imagen del grafo de sombras del acristalamiento sobre la pantalla, y se registra utilizando una cámara CCD (dispositivo acoplado de carga). El grafo de sombras de un acristalamiento se caracteriza por variaciones de la iluminación que están relacionadas con la distorsión transmitida del acristalamiento, causadas por variaciones del espesor en el vidrio. Estas variaciones del espesor dan como resultado un efecto conocido como "borde", donde se ven secciones someras en forma de borde del cristal, provocando la deflexión de la luz que da como resultado una distorsión óptica. Las variaciones en el ángulo del borde resultan en convergencia o divergencia de la luz, dando las variaciones de iluminación del grafo de sombras. Los grafos de sombras pueden ser generados a partir de acristalamientos planos o curvados, y pueden ser incorporados como la etapa de inspección final en una línea de procesamiento de vidrio.

Otras técnicas ópticas se pueden utilizar también para la inspección del vidrio. Los defectos dentro del cristal pueden ser formados en imágenes utilizando tanto técnicas de campo brillante como también técnicas de campo oscuro. Las técnicas de campo brillante se pueden utilizar para detectar defectos pequeños (tan pequeños como 0,2 mm de tamaño), tanto en el foco, para detectar defectos no distorsionantes como también fuera de foco para detectar distorsión. Las técnicas de campo oscuro se pueden utilizar también para detectar defectos pequeños (tan pequeños como 0,2 mm de tamaño). No obstante, puesto que todos los defectos dispersan luz, las imágenes de defectos de distorsión se pueden ver en el foco. Los defectos de distorsión se pueden ver también utilizando técnicas de grafo de sombras.

Se necesitan mediciones separadas del campo brillante y del campo oscuro para formar una imagen exacta de la calidad de un acristalamiento. Las imágenes generadas por cada técnica pueden ser registradas utilizando detectores separados e integrados en una etapa de procesamiento, como se describe en los documentos WO 00/2667 A1 y JP 8327561 A. De una manera alternativa, ambos componentes de la imagen del campo brillante y del campo oscuro de una imagen individual se pueden combinar en un detector individual. Sin embargo, cuando se hace esto, la combinación de un pico en la señal del campo oscuro con un valle en la señal del campo brillante puede dar como resultado una respuesta combinada baja, puede que muchos defectos, que dispersan luz para producir una imagen de campo oscuro, absorberán luz en una imagen del campo brillante. Además, se compromete el rango dinámico de las señales medidas, y se pierde información. Por lo tanto, la determinación de si un defecto está presente o cumple los criterios de paso/fallo es compleja, y se pueden producir rechazos falsos. Por consiguiente, tales métodos son difíciles de implementar con éxito en una línea de producción.

Por lo tanto, sería deseable encontrar un camino para integrar las técnicas de formación de imágenes de campo brillante y de campo oscuro efectivamente para utilizar un método de inspección óptica.

La presente invención pretende abordar los problemas de los métodos anteriores por un método de inspección de un acristalamiento para detectar defectos, que comprende iluminar el acristalamiento, con luz que tiene una primera longitud de onda, para producir una imagen de campo brillante; iluminar el acristalamiento, con luz que tiene una primera longitud de onda, para producir una imagen de grafo de sombra; y capturar la imagen del campo brillante, la imagen del campo de sombra y la imagen del grafo de sombra utilizando un único dispositivo de captura de imagen.

Generando las imágenes del campo brillante y del campo oscuro utilizando longitudes de onda separadas, así como generando simultáneamente una imagen de grafo de sombra, es posible utilizar un único dispositivo de captura de imagen para registrar las imágenes. Utilizando un único dispositivo de captura de imagen, cada imagen es enfocada sobre el dispositivo de la misma manera, resultando imágenes que tienen la misma geometría, que pueden ser combinadas, por ejemplo, por adición o sustracción. Esto da como resultado una detección tanto de defectos de distorsión como de no distorsión.

Con preferencia, la imagen de campo brillante, la imagen de campo oscuro y la imagen de grafo de sombras son enfocadas sobre el dispositivo de captura de imágenes, utilizando una lente común.

Con preferencia, la imagen del campo brillante y la imagen del campo de sombras se forman con luz desde la misma fuente de luz. Con preferencia, la imagen del grafo de sombras está enfocada sobre el dispositivo de captura de imágenes por la lente común.

Con preferencia, el dispositivo de captura de imágenes es una cámara (dispositivo acoplado de carga).

La luz que tiene una primera longitud de onda es producida con preferencia por una fuente de luz puntual. La fuente de luz puntual puede ser un LED (diodo emisor de luz). Con preferencia, la luz que tiene una segunda longitud de onda es producida por una fuente de luz lineal. La fuente de luz lineal puede comprender una serie lineal de LEDs (diodos emisores de luz). Con preferencia, el acristalamiento inspeccionado es un acristalamiento de automóvil.

La invención se describirá a continuación solamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 es un diagrama esquemático de los rayos de un aparato de inspección óptica constituido para formación de imágenes del campo brillante.

La figura 2 es un diagrama esquemático de los rayos de un aparato de inspección óptica establecido para la formación de imágenes del campo oscuro, y

La figura 3 es un diagrama esquemático de los rayos de un sistema de inspección óptica para realizar el método de la presente invención.

En la presente invención, se ha apreciado que la luz que procede desde dos fuentes de longitud de onda diferentes puede ser utilizada para generar imágenes del campo brillante y del campo oscuro de defectos en un acristalamiento, y pueden ser detectados utilizando un único dispositivo de captura de imagen. Combinando con éxito las técnicas del campo brillante y del campo oscuro, es posible también generar una imagen del grafo de sombras del acristalamiento utilizando la misma fuente de luz que para la imagen del campo brillante.

la figura 1 muestra una representación esquemática de aparatos de inspección óptica establecidos para formación de imágenes del campo brillante. El aparato de inspección óptica 10 se muestra con un acristalamiento 11 (soportado sobre una base, que no se muestra) en posición para ser inspeccionado en transmisión. El aparato 10 comprende una fuente de luz puntual LED (diodo emisor de luz) que emite luz reflejada por un espejo grande 13 e incidente sobre el acristalamiento 11. La luz que procede de la fuente de luz puntual de LED es dirigida al espejo grande por un espejo pequeño 14. Un espejo de superficie esférica de franja 15 está posicionado directamente detrás del acristalamiento 11 y refleja la luz a través del acristalamiento de retorno al espejo grande 13. Esta luz es reflejada entonces por el espejo grande 13, r+de retorno más allá del borde del espejo pequeño 14, hasta un dispositivo de captura de la imagen 16. El dispositivo de captura de la imagen 16 registra imágenes en el foco de defectos de no distorsión e imágenes fuera del foco de defectos de distorsión. El dispositivo de captura de la imagen 16 es capaz también de detectar variaciones de la iluminación causada por cualquier efecto de borde dentro del acristalamiento, permitiendo registrar al mismo tiempo una imagen de grafo de sombras. La imagen de grafo de sombras es una imagen fuera del foco de cualquier defecto de distorsión presente en el acristalamiento. La luz se desplaza desde el acristalamiento 11 hacia el espejo de superficie esférica de franja 13 y de retorno de nuevo, de manera que el defecto parece estar detrás del espejo y, por lo tanto, fuera del foco. Alternativamente, se puede utilizar un divisor del haz en lugar del espejo pequeño 14, en cuyo caso el aparato está instalado de tal forma que la luz reflejada por el espejo grande 13 en el dispositivo de captura de imágenes 16 pasa también a través del divisor del haz.

En la figura 1, el ángulo entre la luz que viaja desde el espejo pequeño 14 hacia el espejo grande 13, y la luz que retorna desde el espejo grande 13 hacia el dispositivo de captura de la imagen 16 ha sido exagerado para mayor claridad. En la práctica, el ángulo es reducido al mínimo para asegurar que la luz que viaja hacia y que es reflejada desde el espejo de superficie esférica 14 recorre la misma trayectoria, de manera que solamente es detectada una imagen de cada defecto. Si se desea, es posible retirar el espejo grande 13 y tener tanto la fuente de luz 12 como también el dispositivo de captura de la imagen 16 apuntando directamente al acristalamiento 11. En esta situación, el espejo de superficie esférica de franja 15 está sustituido con el espejo de superficie esférica completa.

La figura 2 muestra una representación esquemática del aparato de inspección óptica establecido para la formación de imágenes del campo oscuro. El aparato de inspección óptica 20 se muestra con un acristalamiento 11 (soportado sobre una base, que no se muestra) en posición para ser inspeccionado en transmisión. El aparato 20 comprende una fuente de luz lineal de LED (diodo emisor de luz) 21, dispuesta verticalmente detrás del acristalamiento 11, que comprende una serie lineal de LEDs y que tiene aproximadamente 1 metro de longitud. La fuente de luz lineal 21 está dispuesta de tal forma que la luz transmitida directamente a través del acristalamiento pasa por el lateral del espejo grande 13, de tal manera que sólo la luz dispersada por defectos y fallos dentro del acristalamiento 11 es reflejada por el espejo grande 13 hacia un dispositivo de captura de la imagen 16. El dispositivo de captura de la imagen 16 registra todos los defectos en el foco, puesto que todos los defectos, incluyendo los defectos de distorsión, dispersan
luz.

La figura 3 es una vista en planta de la instalación del sistema de inspección óptica para realizar el método de la presente invención. El aparato de formación de imágenes del campo brillante mostrado en la figura 1 y el aparato de formación de imágenes del campo oscuro mostrado en la figura 2 han sido combinados en un único sistema de inspección óptica. El sistema 30 muestra el acristalamiento 11 que debe inspeccionarse en transmisión, y las imágenes del campo brillante y del campo oscuro que deben registrarse en un único dispositivo de captura de imágenes. También se pueden registrar las imágenes del grafo de sombras generadas por la fuente de luz puntual de LED 12. Los defectos de distorsión aparecen resaltados en la imagen de grafo de sombras por una región brillante o "halo".

Con el fin de combinar la formación de imágenes del campo brillante y del campo oscuro, las dos fuentes de luz operan a diferentes longitudes de onda. Con preferencia, la fuente de luz puntual de LED 12 utilizada para la formación de imágenes del campo brillante emite luz verde, y la fuente de luz lineal de LED 21 utilizada para la formación de imágenes del campo oscuro emite luz roja. No obstante, se pueden utilizar fuentes de luz alternativas, tales como un láser, tanto para la fuente de luz puntual como también para la fuente de luz lineal. Como con el aparato de la figura 1, el espejo pequeño 14 puede ser sustituido con un divisor del haz, y el aparato está instalado de tal forma que la luz reflejada hacia el dispositivo de captura de imágenes 16 pasa a través del divisor del haz (la luz desde la fuente puntual de LED y que forma la imagen de campo brillante se muestra como una línea continua en la figura 3).

La fuente de luz lineal de LED 21 está instalada para iluminar el acristalamiento muy próximo al punto en el que la fuente de luz puntual de LED 12 ilumina el acristalamiento en el foco (la luz desde la fuente lineal de LED y que forma una imagen del campo oscuro se muestra en la figura 3 como una línea de puntos, ligeramente desplazada desde la línea que representa la imagen del campo brillante para mayor claridad). La luz desde la fuente de luz puntual de LED 12, que es reflejada o transmitida directamente por defectos en el acristalamiento, es reflejada desde el espejo 13 hacia el dispositivo de captura de la imagen 16, formando una imagen del campo brillante. Las variaciones de la iluminación en la luz reflejada se retorno a la cámara desde la fuente de luz puntual de LED 12 son utilizadas para formar una imagen del grafo de sombras. La luz desde la fuente de luz lineal de LED 21 es dispersada por defectos en el acristalamiento, y entonces es reflejada al dispositivo de captura de la imagen 16 por el espejo grande 13, formando una imagen del campo oscuro. La luz desde la fuente de luz lineal 21 transmitida directamente a través del acristalamiento 11 elude el espejo grande 12 y no forma parte de la imagen capturada. Tanto la imagen del campo brillante como también la imagen del campo oscuro se enfocan sobre el dispositivo de captura de la imagen 16 por una lente 31 individual, común a ambas técnicas de formación de imágenes. Por lo tanto, se combinan las imágenes del campo brillante y las imágenes del campo oscuro en el dispositivo de captura de imágenes 16, por ejemplo, por adición o sustracción. Si se genera una imagen del grafo de sombras, ésta será enfocada también sobre la cámara utilizando la lente 31, y se combinará de esta manera con las imágenes del campo brillante y del campo oscuro.

En la figura 3, como en la figura 1, el ángulo entre la luz que viaja desde el espejo pequeño 14 hacia el espejo grande 13 y la luz que retorna desde el espejo grande 13 hacia el dispositivo de captura de imágenes 16 ha sido exagerado para mayor claridad, y debería reducirse al mínimo en la práctica. Como con el aparato del campo brillante de la figura 1, si se desea, es posible retirar el espejo grande 13 y tener tanto la fuente de luz 12 como también el dispositivo de captura de la imagen 16 apuntando directamente al acristalamiento 11. En esta situación, el espejo de superficie esférica de franja 15 está sustituido con un espejo de superficie esférica completa.

Con preferencia, el dispositivo de captura de la imagen 16 utilizado es una cámara CCD de color tri-lineal Line Scan de la serie L304kc, disponible de Basler AG, en la Struskeb 60-62 D-22926, Ahrensburg, Alemania. La cámara emplea un sensor tri-lineal que tiene tres líneas de 4080 elementos fotosensibles, uno cubierto con un filtro rojo, uno con un filtro verde y uno con un filtro azul para proporcionar separación espectral. La cámara puede funcionar en modo libre y tiene un disparador externo para el control del tiempo de exposición. Se pueden utilizar lentes adicionales, tales como las lentes 31 mostradas en la figura 3, para enfocar las imágenes generadas sobre la cámara. Se puede utilizar una cámara de exploración de zona como un dispositivo alternativo de captura de imágenes, en cuyo caso el espejo de superficie esférica de franje 15 es sustituido con un espejo de superficie esférica completa.

Cada una de las líneas de elementos fotosensibles está separada por una distancia de 90 \mum. Es posible utilizar esta separación para ayudar a separar la iluminación por dos fuentes de luz en el acristalamiento. Se utiliza una fuente de amplificación 30x para enfocar las imágenes del acristalamiento sobre la cámara. Esto produce una separación de imágenes de aproximadamente 2,7 mm en el acristalamiento. Separando las imágenes, el ángulo en el que la fuente de luz lineal de LED 21 está posicionada con relación al acristalamiento se reduce, incrementando el rango de altura del acristalamiento que está siendo inspeccionado, sobre el que se puede utilizar la fuente de luz lineal de LED sin cambiar de posición. Cuando se utiliza un LED azul en la fuente de luz puntual de LED 12, la separación entre los elementos fotosensibles azul y rojo es 180 \mum, y de esta manera se incrementa la separación de las imágenes en el acristalamiento hasta aproximadamente 5,4 mm.

Ambas longitudes de onda utilizadas para generar la imagen del campo brillante (\lambda_{1}) y utilizadas para generar la imagen del campo oscuro (\lambda_{1}) deberían estar dentro del rango espectral del dispositivo de captura de imágenes utilizado. Con preferencia, la fuente luminosa puntual de LED es una fuente de luz de LED disponible de Lumileds Lighting, LLC, 270 West Trimble Road, San José, California, 95131 USA. Preferentemente, la fuente lineal de LED es una fuente COBRA^{TM} Linescan, disponible de StockerYale (IRL), Ltd., 4500 Airport Business Parl, Kinsale Road, Cork, Irlanda. En el ejemplo anterior, la longitud de onda utilizada para la fuente luminosa lineal (luz roja) es 630 nm y la de la fuente de luz puntual (luz verde) es 540 nm. A estas longitudes de ondas, se suprimen generalmente las imágenes de filtros de color no utilizados de la cámara Ñ304kc. No obstante, sería posible utilizar fuentes luminosas de diferentes longitudes de ondas, y/o un dispositivo de captura de imágenes con un rango espectral diferente para generar las imágenes del campo brillante y del campo oscuro. Por ejemplo, se pueden utilizar láseres o fuentes de luz blanca con filtros adecuados.

Una vez que las imágenes han sido capturadas, pueden ser representadas a un operador a través de una pantalla, o procesadas adicionalmente por software de procesamiento de imágenes, ya sea inmediatamente o en un momento posterior, después de ser almacenadas en un dispositivo de almacenamiento de memoria. Se puede mostrar un defecto como una zona oscura en la imagen del campo brillante o como una zona brillante en la imagen del campo oscuro. Para defectos que provocan distorsión, donde se ha generado y capturado también una imagen de grafo de sombras, el defecto se ve normalmente en la imagen del campo brillante, rodeada por una región brillante, o halo. El aparato muestra defectos tan pequeños como 100 \mum a través de detección.

Cuando se utiliza una cámara de exploración lineal para capturar las imágenes del campo brillante, del campo oscuro y del grafo de sombras, el acristalamiento remueve a través del punto focal de la cámara y las fuentes de luz, de tal manera que se explora todo el acristalamiento. Esto se realiza típicamente utilizando un sistema de cinta transportadora. Alternativamente donde se utiliza una cámara de exploración de zona para capturar las imágenes del campo brillante, del campo oscuro y del grafo de sombras, el acristalamiento permanece estacionario, mientras las imágenes son capturadas. Tal cámara es útil para captura de imágenes fuera de línea.

Con automatización adecuada, las imágenes pueden ser capturadas desde acristalamiento moviéndose sobre una línea de procesamiento o de producción. El método de la presente invención se puede utilizar para inspeccionar acristalamientos de una sola capa o acristalamientos laminados, cada uno de los cuales puede ser plano o curvado. Preferentemente, los acristalamientos inspeccionados son acristalamientos para automóvil, por ejemplo, luces laterales, luces traseros o parabrisas. Alternativamente, los acristalamientos inspeccionados pueden ser para uso arquitectónico. Con preferencia, el método de la presente invención se utiliza como una inspección final sobre una línea de procesamiento de cristal.

Claims (9)

1. Un método de inspección de un acristalamiento para detectar defectos, que comprende:

iluminar el acristalamiento con luz que tiene una primera longitud de onda, para producir una imagen de campo brillante;

iluminar el acristalamiento con luz que tiene una segunda longitud de onda, para producir una imagen de campo oscuro;

iluminar el acristalamiento con luz que tiene una primera longitud de onda, para producir una imagen de gráfico de sombras; y

capturar la imagen del campo brillante, la imagen del campo oscuro y la imagen del grafo de sombras utilizando un único dispositivo de captura de imagen.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, la etapa de enfocar la imagen del campo brillante, la imagen del campo oscuro y la imagen del grafo de sombras sobre el dispositivo de captura de imágenes, utilizando una lente común.

3. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que la imagen del campo brillante y la imagen del grafo de sombras se forman con luz que procede desde la misma fuente de luz.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de captura de la imagen es una cámara CCD (dispositivo acoplado de carga).

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la luz que tiene una primera longitud de onda es producida por una luz puntual.

6. El método de la reivindicación 5, en el que la fuente de luz puntual es un LED (diodo emisor de luz).

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la luz que tiene una segunda longitud de onda se produce por una fuente de luz lineal.

8. El método de la reivindicación 7, en el que la fuente de luz lineal comprende una serie lineal de LEDs (diodos emisores de luz).

9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acristalamiento es un acristalamiento de automóvil.