ES2630736A1 - Sistema y método de detección de defectos en superficies especulares o semi-especulares mediante proyección fotogramétrica - Google Patents

Abstract

Sistema y método de detección de defectos en superficies especulares o semi-especulares mediante proyección fotogramétrica. La presente invención se refiere a un sistema de detección de defectos en superficies especulares o semi-especulares de objetos a inspeccionar, apto para su integración en una línea de producción industrial, que comprende: una pluralidad de medios de emisión de luz (1) sobre los objetos; una pluralidad de cámaras (2) para la detección de la luz reflejada por los objetos; un subsistema de control y análisis fotogramétrico de información asociada a la luz emitida por los medios de emisión de luz (1) y a la luz detectada por las cámaras (2); y una estructura de soporte (3), integrada en la línea de producción de los objetos a inspeccionar, en la que se encuentran dispuestos los medios de emisión de luz (1) y las cámaras (2) del sistema. Ventajosamente, los medios de emisión de luz (1) se disponen en el sistema de forma que la luz emitida sobre la superficie de los objetos posee un patrón periódico de luz y sombra, y dicho patrón se emite con un movimiento relativo sobre los objetos a inspeccionar, recorriendo su superficie.

Description

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DESCRIPCION

SISTEMA Y METODO DE DETECCION DE DEFECTOS EN SUPERFICIES ESPECULARES O SEMI-ESPECULARES MEDIANTE PROYECCION FOTOGRAMETRICA

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invention se enmarca dentro del campo tecnico correspondiente al analisis de superficies para la detection y localization de defectos o heterogeneidades. Su ambito de aplicacion se refiere principalmente a los procesos industriales donde los productos finales requieren un acabado de pintura, como ocurre en la industria automoviKstica, del transporte, de los electrodomesticos, etc. Mas concretamente, la invencion se refiere a un sistema de deteccion y localizacion de defectos en superficies especulares o semi-especulares de objetos, mediante proyeccion fotogrametrica, que puede ser utilizado en tiempo real en una cadena de fabrication o montaje industrial. La invencion se refiere, asimismo, a un metodo de deteccion de defectos basado en dicho sistema.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los tratamientos de pintura se utilizan habitualmente para mejorar las caracteristicas superficiales de los productos industriales, tales como su resistencia a la corrosion, al desgaste, mejorar la adhesion de otros productos, estanqueidad para evitar entradas de agua, y propiedades esteticas tales como el color o el brillo.

Una vez terminado el tratamiento de pintura de dichos productos, se realiza habitualmente la inspection de los mismos en el marco de los procesos de control de calidad. Dicha inspection, en muchos casos, suele ser visual y realizada por operarios en instalaciones adecuadas, para tener la iluminacion requerida y necesaria. No obstante, la decision final de validacion depende siempre de la vision y el analisis de la persona responsable de la inspeccion existiendo, por tanto, muchos condicionantes o situaciones no controladas (fatiga, estado de animo o distracciones) que pueden llevar a que algunos defectos no se detecten correctamente, permaneciendo en el producto final que llega al cliente.

Una vez un producto con un acabado defectuoso se encuentra ya fuera de la lmea de production, la reparation del acabado de su superficie conlleva una mayor complejidad

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log^stica y operativa, con el consiguiente impacto sobre los costes de production. Por tanto, si la detection de defectos se realiza de forma eficiente en un primer control sobre la lmea de produccion, el coste asociado sera mucho menor.

Los defectos a identificar pueden ser, generalmente, de dos tipos: los que producen variation local de la geometria de la superficie y los que producen una variation local de contraste o color.

Los defectos del primer grupo son puntos o motas que han quedado adheridas al producto antes del proceso de pintado, tratandose del defecto mas comun. Se produce por las inclusiones de suciedad, cuerpos extranos y polvo, que provocan desigualdades pequenas y granuladas, existentes casi siempre en gran cantidad y repartidas con mayor o menor regularidad, modificando localmente la geometria de la superficie. Estos defectos se detectan mejor donde se hacen mas visibles al observarlos, cuando se iluminan con luz estructurada, en las cercamas de una frontera de luz claro-oscuro. Ese cambio en la luz que se refleja en esa zona es el que hace posible, utilizando tecnicas de vision artificial sobre las imagenes tomadas por camaras, detectar el defecto. La reflexion de luz estructurada es esencialmente sensible a la curvatura y, por tanto, permite la deteccion de defectos de variacion de geometria que son imperceptibles usando las tecnicas de vision artificial tradicionales o las de triangulacion con proyeccion directa sobre las superficies. El principio de funcionamiento se basa en la generation de movimiento relativo entre la superficie a examinar y la luz con la que se iluminan.

Los defectos del segundo grupo son pequenos aranazos, manchas etc., que tambien se pueden detectar mediante iluminacion difusa y algoritmos de gradiente o de contraste.

Existen sistemas de deteccion de abolladuras u ondulaciones, de profundidad ripica de unas pocas micras, destinados a la inspection de chapas para carrocerias de vehmulos, basados en el uso de sensores opticos 3D y de medios de procesamiento de las senales, como el descrito en el artmulo “Visualization and Detection of Small Defects on Car-Bodies” (S. Karbacher et al.), publicado en Vision, Modeling and Visualization '99 (Proceedings), Infix, 18 (1999). Estos sistemas pueden comprender un portico integrado en una lmea de produccion de automoviles, donde se instala una pluralidad de fuentes de emision de luz y camaras para detectar la luz reflejada por las superficies de los automoviles. Tambien incorporan un medio de adquisicion de los datos generados por las fuentes de emision y por

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las camaras, as^ como un subsistema de proceso y analisis de defectos superficiales de los automoviles a inspeccionar.

Por otro lado, existen tambien referencias a sistemas de fotogrametria en tiempo real, basados en fotogrametria digital de corto alcance, para el analisis de deformaciones en carrocerias de automoviles en la lmea de montaje, como el descrito en el artmulo trtulo "Automated Dimensional Inspection with Realtime Photogrammetry” (H.A. Beyer), publicado en ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Volume 50, Issue 3, p.20-26 (1995). Este sistema se basa en el uso de camaras CCD para la inspection de los automoviles, junto con hardware y software utilizados para al analisis de los datos obtenidos.

Si bien los sistemas antes descritos y sus procedimientos asociados sirven para detectar heterogeneidades superficiales en los productos mediante diferentes tecnicas, el principal problema de todos ellos es que comprenden una alta tasa de error en la identification de defectos de pequenas dimensiones, debido a la interferencia generada por vibraciones y ruidos debidos al movimiento en la lmea de production. Asimismo, los citados sistemas no son aptos para el analisis de productos de superficies especulares o semi- especulares de diferentes colores en una misma lmea de produccion.

Por otra parte, se hace necesario un sistema de luz estructurada de alto contraste, capaz de realzar el defecto geometrico por un fenomeno optico de amplification en las proximidades de la frontera de la iluminacion, y que permita detectar defectos con mayor precision y mayor resolucion.

Se plantea, por tanto, la necesidad de solucionar los problemas existentes actualmente en los procedimientos de detection conocidos, para mejorar la precision y la calidad de la imagen obtenida y asi obtener resultados mas precisos en la deteccion de defectos, reduciendo a su vez la aparicion de falsos positivos.

DESCRIPCION BREVE DE LA INVENCION

Un objeto de la presente invention es, pues, la obtencion de sistemas de deteccion de defectos que permitan obtener resultados precisos, mejorando tasas de deteccion de defectos en los objetos a inspeccionar. Para ello, la invencion propone el uso de patrones de redundancia en los gradientes de la luz estructurada utilizada, y una velocidad de captura adecuada de las camaras, de forma que se puedan utilizar filtros bidimensionales (2D) y

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tridimensionales (3D), mediante proyeccion fotogrametrica, para eliminar las vibraciones, reflejos y ruidos presentes en la lmea de production de los objetos. En la inspection en fabrica, normalmente el objeto a inspeccionar se encuentra en movimiento, debido al desplazamiento de la propia lmea de produccion, permaneciendo estaticos los patrones de luz. Esto permite que el movimiento relativo entre producto y luz explore toda la superficie del objeto lo que, junto con los algoritmos de tratamiento, detection y seguimiento adecuados al efecto, permite la inspeccion sin interferir en el movimiento normal de los productos en la lmea de fabrication.

Dicho objeto de la invention se obtiene, preferentemente, mediante un sistema de deteccion de defectos en superficies especulares o semi-especulares de objetos a inspeccionar, apto para su integration en una lmea de produccion industrial, que comprende:

- una pluralidad de medios de emision de luz sobre los objetos;

- una pluralidad de camaras para la deteccion de la luz reflejada por los objetos;

- un subsistema de control y analisis fotogrametrico de information asociada a la luz emitida por los medios de emision de luz y a la luz detectada por las camaras; y

- una estructura de soporte en la que se encuentran dispuestos los medios de emision de luz y las camaras del sistema.

Ventajosamente, y para generar el analisis redundante de los defectos, los medios de emision de luz se disponen en el sistema de forma que la luz emitida sobre la superficie de los objetos posee un patron periodico de luz y sombra, donde dicho patron se emite con un movimiento relativo sobre los objetos a inspeccionar, recorriendo su superficie. El movimiento relativo existente entre el patron periodico de luz/sombra y los objetos a inspeccionar se produce, bien por el movimiento de dichos objetos, permaneciendo el patron emitido estatico sobre los mismos, o bien por el movimiento del patron emitido sobre los objetos a inspeccionar, mientras dichos objetos permanecen estaticos.

En una realization preferente de la invencion, las camaras son camaras de captura con una frecuencia de adquisicion de imagenes comprendida entre 40-100 Hz. Mas preferentemente, las camaras son camaras industriales de tipo CCD o CMOS.

En otra realizacion preferente de la invencion, los medios de emision de luz son medios de iluminacion directa sobre los objetos a inspeccionar. Mas preferentemente, dichos medios comprenden emisores de luz de neon, fluorescentes, o diodos emisores de luz (LEDs).

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En otra realization preferente de la invention, los medios de emision de luz son medios de iluminacion indirecta sobre los objetos, por medio de proyeccion o retroproyeccion sobre una o mas pantallas. Mas preferentemente, los medios de iluminacion indirecta emiten patrones periodicos de luz y sombra sobre las pantallas que, a su vez, se reflejan sobre los objetos a inspeccionar.

En otra realizacion preferente de la invencion, el subsistema de control y analisis de information comprende medios de proceso y tratamiento mediante proyeccion fotogrametrica de las imagenes captadas por las camaras, medios de filtrado 2D y/o 3D para la identification de defectos en dichas imagenes, medios de analisis del color de los objetos a inspeccionar, y/o medios de representation de los objetos y los defectos identificados mediante realidad aumentada.

En otra realizacion preferente de la invencion, el sistema comprende asimismo uno o mas de los siguientes elementos: lentes de alta resolution para las camaras, uno o mas ordenadores para el procesado y control del sistema, uno o mas elementos de medicion para controlar la position de los objetos y sincronizar las capturas de las camaras.

Otro objeto de la invencion se refiere a un metodo de identificacion de defectos en superficies de objetos a inspeccionar, que comprende el uso de un sistema segun cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, donde dicho sistema esta opcionalmente integrado en una lmea de production industrial de los objetos a inspeccionar.

El metodo de la invencion comprende la realizacion de, al menos, los siguientes pasos:

- se ilumina la superficie de los objetos a inspeccionar con los medios de emision de luz, de forma que la luz emitida sobre dicha superficie posee un patron periodico de luz y sombra, con un movimiento relativo sobre los objetos a inspeccionar;

- se registra la luz reflejada por los objetos por medio de las camaras;

- se analiza la luz reflejada y la luz emitida por medio del subsistema de control y analisis, a traves de proyeccion fotogrametrica para la detection de defectos en las superficies.

En una realizacion preferente del metodo de la invencion, el patron periodico de luz y sombra posee una forma adaptativa a la superficie de los objetos a inspeccionar, de forma que dicho patron varie en funcion de la curvatura de la superficie inspeccionada.

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En lmeas generales, el sistema y el metodo para la detection de defectos de la invention resuelve el problema tecnico de conseguir la localization e identification del tipo de defecto en la propia lmea de production, mediante un sistema robusto y de forma optima, incorporando opcionalmente herramientas de realidad aumentada para su posterior reparation eficiente por parte de un operador.

El sistema incluye una serie de camaras situadas de manera que cubran la totalidad de la superficie a investigar, donde dichas camaras estan preparadas para la adquisicion de imagenes a alta velocidad, que despues se trataran mediante algoritmos de vision artificial en tiempo real.

Como se ha mencionado, los medios de iluminacion consisten en un conjunto de haces de luz, o patrones de luz estructurada, de alto contraste capaces de realzar el defecto geometrico por un fenomeno optico de amplification en las proximidades de la frontera de la iluminacion, es decir, en los transitos de claro a oscuro y de oscuro a claro periodicos del patron de iluminacion empleado. En estos transitos, la reflexion de la luz varia debido a la variation local de curvatura, lo que permite resaltar los defectos con un diametro de hasta diez veces el tamano del propio defecto. Es este fenomeno el que capacita al sistema para detectar defectos pequenos de tamano micrometrico. Es necesario que la luz que incida sobre la superficie sea de alto contraste, por ejemplo mediante patrones luz/sombra. Dicho conjunto de haces de luz puede ser creado por tubos fluorescentes a alta frecuencia, iluminacion LED, o mediante la proyeccion o retro-proyeccion de imagenes con patrones de alto contraste sobre una pantalla que se refleje en la superficie.

La iluminacion es uno de los componentes de mayor importancia del sistema, ya que el exito de un buen reconocimiento del defecto en la imagen depende en gran medida de una buena reflexion de la luz en la superficie. Segun lo descrito en parrafos anteriores, la invencion plantea dos posibles formas de iluminacion: directa e indirecta.

El primer sistema de iluminacion, iluminacion directa, se lleva a cabo mediante el uso de tubos de neon o iluminacion LED o fluorescentes de alta frecuencia, fijos a la estructura del sistema (tunel de inspection, por ejemplo). El reflejo de esta luz genera un patron redundante de lmeas fijo sobre la superficie movil del objeto, permitiendo un barrido completo de la superficie de los objetos.

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El segundo sistema, iluminacion indirecta, funciona mediante proyectores. El principio basico es proyectar o retro-proyectar diferentes patrones de luz estructurada de alto contraste sobre una pantalla situada en las proximidades del objeto a inspeccionar y observar el barrido de los patrones reflejados en el objeto movil o fijo. Con esta tecnica se pueden generar diferentes patrones de luz, como pueden ser puntos, lmeas rectas, circunferencias, cruces, cuadrados, triangulos, etc., pudiendo seleccionar la iluminacion mas adecuada en funcion de la forma del objeto a controlar. Los patrones de luz podran ser fijos, adaptativos a la superficie, en movimiento a ciertas posiciones para realizar el barrido o secuencialmente un patron claro-oscuro de las formas descritas seguido de su patron inverso oscuro-claro. Como se ha mencionado previamente, los patrones adaptativos varian el tamano de la reticula en funcion de la curvatura de la superficie a inspeccionar, de forma que las zonas cercanas a las fronteras claro-oscuro sean del tamano mmimo adecuado para la localization de los defectos. El diseno de estos patrones tambien puede ser realizado de forma que se maximice el numero de amplificaciones por numero de imagenes de forma que se explore la superficie con el numero mmimo de imagenes. Tanto la forma como el tamano de la reticula del patron pueden ir cambiando a lo largo de la inspection para adaptarse a la curvatura de la superficie, cuando el producto esta en movimiento, o para barrer toda la superficie cuando el producto se mantiene estatico.

Las camaras son la otra parte fundamental del sistema. Estas estan dispuestas de modo que sea posible la cobertura total del area a inspeccionar mediante inspeccion sin contacto, sin interferir en el normal movimiento de los productos por la lmea de montaje de fabrication, y de forma que los angulos de reflexion de la luz maximicen la detection de los defectos superficiales.

El sistema de deteccion de defectos permanece estatico sobre la estructura de soporte del sistema. Son los productos a inspeccionar los que pueden llevar el movimiento (movimiento normal de la lmea sin interferir en la velocidad de production y sin ser necesario desvms de los productos) para su escaneado. Estos desplazamientos de los productos se obtienen mediante un sistema de medida que capta el movimiento de la lmea de produccion. Por lo tanto el sistema se puede incorporar a la lmea de produccion haciendo que el tiempo del proceso productivo no se vea aumentado por la inspeccion de los productos.

Otra alternativa planteada por la invention es inspeccionar productos estaticos, en cuyo caso es necesario que los medios de iluminacion barran o recorran toda la superficie a inspeccionar.

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Para la captura de las imagenes se dispone de camaras de vision industrial, cuya alta frecuencia de captura posibilita la deteccion de defectos aunque existan posibles vibraciones asociadas al movimiento de los productos en su inspeccion. Para determinar el numero y tipo de camaras que forman parte del sistema se tienen que tener en cuenta la velocidad maxima de la lmea de produccion, la anchura maxima a inspeccionar, los diferentes cambios o inclinaciones de la normal a la superficie y el tamano de defecto mmimo a detectar.

El sistema esta configurado para capturar imagenes de manera sincronizada, entre las camaras y el movimiento del producto inspeccionado, segun se desplaza en la lmea de produccion. Ante posibles paradas de la lmea de produccion, el sistema dispone de un elemento de medicion (encoder, distanciometro, velodmetro, camara de vision, etc.) para controlar la posicion del objeto y sincronizar la captura de las camaras, de forma que no se pierde el sincronismo en ningun momento de la inspeccion.

Para capturar de forma optima las imagenes de productos de diferentes colores, se incorpora al sistema la posibilidad de adecuar los parametros de captura (ganancia, tiempo de exposicion, etc.) al color espedfico del producto inspeccionado, manteniendo esos parametros de captura actualizados en el tiempo y por tanto reactivos a posibles variaciones en la sensibilidad de las camaras y en la luminancia de los sistemas de iluminacion.

Despues de las capturas de imagenes, estas se procesan en tiempo real mediante algoritmos optimizados de tratamiento de imagenes (de suavizado de imagen, de resalte de gradientes de niveles de gris o de deteccion de contornos) que permitan detectar los defectos por variaciones locales del nivel de gris.

Se aplican, ademas, mascaras para tratar solo las zonas de interes de las imagenes capturadas, aumentando asi la velocidad de proceso y evitando reflejos de zonas no deseadas.

Con el objetivo de que el sistema tenga elevada capacidad de localizacion de defectos y no presente falsos positivos, durante la inspeccion 2D se realiza un seguimiento del posible defecto detectado, teniendo en cuenta tanto su comportamiento fisico como sus propiedades opticas en imagenes consecutivas. A su vez, la informacion espacial 2D obtenida en este proceso es tratada para obtener la aproximacion espacial 3D de la deteccion del defecto, para ello se utilizan distintos grupos de polinomios homogeneos y simetricos formados por monomios con distintas variables heterogeneas, tanto espaciales como temporales. Cruzando estas informaciones y aplicando distintos tratamientos

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estad^sticos a los datos obtenidos en ambos procesos es posible determinar con la suficiente confianza, si una detection positiva del sistema es debida a un defecto o a un reflejo espurio sobre la superficie inspeccionada, lo que permite realizar un filtrado a partir de la information 2D eliminando los falsos positivos que se puedan producir. Ademas, la obtencion de las coordenadas 3D de los defectos mediante proyeccion fotogrametrica de los posibles defectos 2D en la superficie nominal del producto inspeccionado permite la mejora del tratamiento, al integrar un filtrado de agrupamiento en 3D, con el que se consigue reforzar las prestaciones del sistema utilizando alta redundancia.

La redundancia en la captura de las imagenes tambien se usa como procedimiento de autodiagnostico gracias a los solapes de los campos de vision de las camaras. Los defectos detectados en estas zonas de solape permiten calcular los errores de desajuste de las camaras. Cuando la diferencia entre las coordenadas 3D de los defectos supera un umbral, el sistema puede configurarse para alertar acerca de la necesidad de recalibrar las camaras afectadas.

El analisis de las imagenes se efectua mediante varias unidades de tratamiento de datos y con un PC de control central. El mecanismo de calculo de los procesadores realiza todas las operaciones aritmeticas y logicas con enlace de los datos obtenidos. El PC de control controla el sistema de tal modo que todas las operaciones se realizan en el orden de sucesion temporal y logico.

La principal ventaja de la invention es el gran numero de veces que se detecta un defecto gracias al uso de redundancia en los gradientes de la luz estructurada utilizada y la velocidad de captura de las camaras, de forma que se puedan utilizar los filtros adecuados 2D y 3D (mediante proyeccion fotogrametrica) para que se eliminen las vibraciones, reflejos y ruidos presentes en la lmea de production. En la inspection normalmente el objeto lleva el movimiento, desplazamiento de la propia lmea de produccion, permaneciendo estaticos los patrones de luz. Esto permite que el movimiento relativo entre producto y luz escanee o explore toda la superficie del objeto, lo que, junto con los algoritmos de tratamiento, deteccion y seguimiento desarrollados permite la inspeccion sin interferir en el movimiento normal de los productos en la lmea de fabrication.

Una vez obtenidas las coordenadas 3D de los defectos, su catalogacion y gravedad, los resultados se presentan por pantalla de manera grafica o en gafas de realidad aumentada, para facilitar la posterior reparation rapida de los mismos.

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DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva del sistema de la invention, segun una realization preferente de la misma basada en medios de iluminacion directa, a traves de tubos fluorescentes.

La Figura 2 muestra una vista en perspectiva del sistema de la invencion, segun una realizacion preferente de la misma basada en medios de iluminacion directa, a traves de un tunel de LEDs.

La Figura 3 muestra una vista en perspectiva del sistema de la invencion, segun una realizacion preferente de la misma basada en medios de iluminacion indirecta, a traves de proyeccion sobre pantallas.

La Figura 4 muestra una vista en perspectiva del sistema de la invencion, segun una realizacion preferente de la misma, donde dicho sistema se encuentra integrado en una lmea de production de los objetos a inspeccionar.

En las Figuras 5-8 se muestran patrones de iluminacion y proyeccion empleados en diferentes realizaciones de la presente invencion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

Se procede a continuation a describir diferentes ejemplos de realizaciones preferidas de la invencion, aportadas con fines ilustrativos pero no limitativos de la misma. Haciendo referencia a las Figuras 1-4 del presente documento, el sistema de detection de defectos en superficies de la invencion comprende:

- una pluralidad de medios de emision de luz (1) sobre las superficies de uno o mas objetos a inspeccionar;

- una pluralidad de camaras (2) de registro de la luz reflejada por dichas superficies;

- una estructura de soporte (3) estatica, integrada en la lmea de produccion de los objetos a inspeccionar, en la que se encuentran dispuestos los medios de emision de luz (1) y las camaras (2) del sistema;

- un subsistema (no mostrado en las Figuras 1-4) de control y analisis de information asociada a la luz emitida por los medios de emision de luz (1) y/o a la luz detectada por las camaras (2).

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Para la captura de imagenes de las superficies a inspeccionar, se utilizara preferentemente una pluralidad de camaras (2) de vision industrial de alta frecuencia de captura de imagenes por segundo, tipicamente comprendida entre 40-100 Hz, por ejemplo camaras CCD o CMOS. El numero y tipo concreto de camaras que formaran parte del sistema dependera de diferentes parametros, tales como las dimensiones del objeto a inspeccionar, velocidad maxima de la cadena de fabrication y tamano mmimo del defecto a detectar. Por ejemplo, para la inspection completa de la carroceria de un vehiculo se pueden utilizar 25-30 camaras CMOS de 40 Hz para detectar defectos de hasta 0,1 mm en una cadena de fabricacion de velocidad 130 mm/segundo.

Como se ha mencionado, los elementos del sistema de detection de defectos permaneceran fijos sobre la estructura de soporte (3) (por ejemplo una estructura de portico en la Figura 1), a medida que los objetos a inspeccionar se desplazan en la lmea de production de los mismos. Durante dicho desplazamiento, las camaras (2) iran adquiriendo imagenes de los objetos, para posteriormente se procesadas por el subsistema de control y analisis obteniendo information tridimensional (3D) acerca de las dimensiones de los defectos y de su situation en las superficies de los objetos. Para la toma de las imagenes (es decir, el adecuado registro de la luz reflejada sobre los objetos), es necesario utilizar medios de emision de luz (1) adecuados, ya que el exito de un buen reconocimiento de imagen depende en gran medida de una buena iluminacion. Alternativamente, los objetos a inspeccionar pueden permanecer estaticos, siendo los medios de emision de luz (2) los que realizan un barrido de sus superficies.

En una primera realization preferente de la invention, la iluminacion se realiza a traves de medios de emision de luz (1) directa sobre los objetos, es decir, incidiendo dicha luz directamente sobre las superficies a inspeccionar. Dichos medios pueden ser, mas preferentemente, tubos de neon o tubos fluorescentes de alta frecuencia (Figura 1), o medios basados en diodos emisores de luz (LEDs) (ver Figura 2, donde se utiliza dicha tecnica configurada como un tunel de iluminacion sobre los objetos a inspeccionar). En la Figura 4 se muestra un ejemplo de este tipo de iluminacion, integrada en un sistema para la deteccion de defectos en superficies de automoviles.

En una segunda realizacion preferente de la invencion (Figura 3), los medios de emision de luz (1) son medios de iluminacion indirecta sobre los objetos, por medio de proyeccion o retroproyeccion. El principio basico de esta realizacion es proyectar o retro-proyectar diferentes patrones de luz sobre una pantalla (4) situada en las proximidades del objeto a

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inspeccionar, y observar el barrido de los patrones reflejados en la superficie del mismo. En la Figura 3 se muestra un ejemplo de proyeccion de un patron de luz lineal, que se comporta de forma equivalente a la luz proporcionada por tubos fluorescentes (Figura 1). Dependiendo del tipo de objeto a inspeccionar, se determinara el numero de proyectores que son necesarios. Para un ejemplo de inspection de carrocerias de automoviles, resulta necesario un mmimo de 3 proyectores (uno para el analisis de las superficies horizontales y dos para las superficies laterales del automovil, segun se muestra en la Figura 3, tambien con una estructura de soporte (3) de tipo portico).

La principal ventaja de la presente invention se obtiene mediante la disposition de los medios de emision de luz (1), tanto en iluminacion directa como indirecta, de forma que se genere un patron de iluminacion periodico y de alto contraste sobre las superficies a inspeccionar. Este patron genera una iluminacion periodica con zonas de luz y sombra, que permite al sistema de control y analisis el calculo sucesivo de multiples detecciones en las regiones de frontera de luz/sombra, proporcionando un analisis redundante que ayuda tanto a aumentar la tasa de detection de defectos, como a limitar la aparicion de falsos positivos.

Dependiendo de la forma y la disposicion de los medios de iluminacion directa, o del patron de proyeccion seleccionado, es posible generar diferentes patrones de contraste (puntos, lmeas, circunferencias, cruces, cuadrados, etc.) en funcion de las particularidades geometricas del objeto a inspeccionar. En el caso de que el producto inspeccionado este en movimiento en la lmea de fabrication, los patrones pueden ir cambiando de tamano y adaptandose a la curvatura de la superficie inspeccionada, de forma que las areas cercanas a las fronteras de contraste tengan el tamano mmimo necesario en las imagenes para realizar la deteccion de los defectos. Asimismo, en el caso de que el producto permanezca inmovil durante su inspeccion en lmea de fabricacion, los patrones de luz se generaran en movimiento en una o varias direcciones, para que las fronteras de contraste recorran toda la superficie del objeto.

Como se ha mencionado, la iluminacion indirecta permite una gran flexibilidad en el diseno de los patrones, tanto en su forma como en el tamano de reticula y sus colores. Por ejemplo, se pueden utilizar secuencias de imagenes en las que el patron de luz, en lugar de imitar las franjas de luz, pasa a asemejarse a un tablero de ajedrez (Figura 5) o una reticula de cuadrados (Figura 6).

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El objetivo de utilizar este tipo de patrones es minimizar el numero de imagenes necesarias para analizar toda la superficie del producto, maximizando las amplificaciones de los defectos en las imagenes gracias a que sobre los defectos incida luz indirecta desde todas las direcciones posibles, garantizando el resalte del defecto independientemente del posicionamiento de la camara, de la direction dominante de las franjas de contraste de la iluminacion, de la direccion de movimiento de estas franjas por movimiento del producto inspeccionado, o de los patrones de iluminacion.

Tambien, en funcion del color de la pintura, puede resultar necesario localizar los defectos en las zonas claras u oscuras de las imagenes registradas por las camaras (2). El diseno de los patrones tambien se puede adaptar a este hecho, por ejemplo el patron mostrado en la Figura 6 esta disenado para trabajar en una zona oscura. Un patron inverso a este seria adecuado si se quiere trabajar en una zona clara de las imagenes.

Mediante este sistema de iluminacion basado en proyeccion o retro-proyeccion, se pueden tambien intercalar patrones homogeneos de diferentes colores y niveles de gris, que optimicen la detection de defectos de contraste utilizando las mismas camaras (2) con las que se detectan los defectos de geometria.

Se procede a continuation a describir el procedimiento de deteccion de los defectos en superficies asociado al sistema de la invention. En primer lugar, se iluminan las superficies de los objetos a inspeccionar con los medios de emision de luz (1) y se realiza la captura de imagenes por parte de las camaras (2) (en la Figura 7, como ejemplo, se muestra un patron obtenido para un tunel de LEDS como el mostrado en la Figura 2, en una realization basada en iluminacion directa). Orientando las camaras (2) con un angulo de vision respecto de la superficie a inspeccionar se resaltan los defectos de geometria que se pueden observar en imagenes consecutivas, especialmente alrededor de las fronteras de contraste generadas por el patron de iluminacion (ver Figura 8).

Una vez introducida la information en los ordenadores estos procesan, mediante algoritmos y filtros 2D y con la calibration de las camaras, la proyeccion fotogrametrica y a la determination de la ubicacion del defecto durante la inspection de forma sincronizada. A las capturas de las camaras (2) de vision se les aplican tambien filtros 3D, y se obtiene una unica informacion fusionada de los defectos en la superficie a inspeccionar.

El sistema tiene la posibilidad de adecuar los parametros de captura (ganancia, tiempo de exposicion, etc.) al color espedfico del producto inspeccionado y tambien de mantener esos parametros de captura actualizados en el tiempo y, por tanto, siendo reactivo a posibles variaciones en la sensibilidad de las camaras y en la luminancia de los sistemas de 5 iluminacion.

Con el resultado de la inspeccion, el subsistema de control y analisis podra imprimir o generar un informe de inspeccion, que mostrara la localization de los defectos, asi como su gravedad. Dicha information podra mostrarse, asimismo, como information 3D en gafas de 10 realidad aumentada, para la posterior reparation optimizada de estos por medio de los procedimientos que la empresa estime oportunos.

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   REIVINDICACIONES

   1. - Sistema de detection de defectos en superficies especulares o semi-especulares de objetos a inspeccionar, apto para su integration en una lmea de production industrial, que comprende:

   - una pluralidad de medios de emision de luz (1) sobre los objetos;

   - una pluralidad de camaras (2) para la deteccion de la luz reflejada por los objetos;

   - un subsistema de control y analisis fotogrametrico de information asociada a la luz emitida por los medios de emision de luz (1) y a la luz detectada por las camaras (2);

   - una estructura de soporte (3) en la que se encuentran dispuestos los medios de emision de luz (1) y las camaras (2) del sistema;

   estando el sistema caracterizado por que los medios de emision de luz (1) se disponen en el sistema de forma que la luz emitida sobre la superficie de los objetos posee un patron periodico de luz y sombra, y por que dicho patron posee un movimiento relativo respecto a los objetos a inspeccionar, para el recorrido su superficie.
2. 2. - Sistema segun la reivindicacion anterior, donde las camaras (1) son camaras de captura con una frecuencia de adquisicion de imagenes comprendida entre 40-100 Hz.
3. 3. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las camaras (1) son camaras industriales CCD o CMOS.
4. 4. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de emision de luz (1) comprenden medios de iluminacion directa sobre los objetos.
5. 5. - Sistema segun la reivindicacion anterior, donde los medios de emision de luz (2) comprenden emisores de luz de neon, fluorescentes, o LEDs.
6. 6. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de emision de luz (2) comprenden medios de iluminacion indirecta sobre los objetos, por medio de proyeccion o retroproyeccion sobre una o mas pantallas (4).
7. 7. - Sistema segun la reivindicacion anterior, donde los medios de emision de luz (2) emiten patrones periodicos de luz y sombra sobre las pantallas (4) que, a su vez, se reflejan sobre los objetos a inspeccionar.

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8. 8. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el movimiento relativo existente entre el patron periodico de luz/sombra y los objetos a inspeccionar se produce por el movimiento de dichos objetos, permaneciendo el patron emitido estatico sobre los mismos.
9. 9. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde el movimiento relativo existente entre el patron periodico de luz/sombra y los objetos a inspeccionar se produce por el movimiento en una o varias direcciones del patron emitido sobre los objetos a inspeccionar, mientras dichos objetos permanecen estaticos.
10. 10. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el subsistema de control y analisis de information comprende medios de proceso y tratamiento mediante proyeccion fotogrametrica de las imagenes captadas por las camaras (2), medios de filtrado 2D y/o 3D para la identification de defectos en dichas imagenes, medios de analisis del color de los objetos a inspeccionar, y/o medios de representation de los objetos y los defectos identificados mediante realidad aumentada.
11. 11. - Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo uno o mas de los siguientes elementos: lentes de alta resolution para las camaras (2), uno o mas ordenadores para el procesado y control del sistema, uno o mas elementos de medicion para controlar la position de los objetos y sincronizar las capturas de las camaras (2).
12. 12. - Metodo de identificacion de defectos en superficies especulares o semi- especulares de objetos a inspeccionar, caracterizado por que comprende el uso de un sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y la realization de los siguientes pasos:

    - se ilumina la superficie de los objetos a inspeccionar con los medios de emision de luz (1), de forma que la luz emitida sobre dicha superficie posee un patron periodico de luz y sombra, con un movimiento relativo sobre los objetos a inspeccionar;

    - se registra la luz reflejada por los objetos por medio de las camaras (2);

    - se analiza la luz reflejada y la luz emitida por medio del subsistema de control y analisis, a traves de proyeccion fotogrametrica, para la detection de defectos en las superficies.
13. 13. - Metodo segun la reivindicacion anterior, donde el sistema de deteccion se encuentra integrado en una lmea de produccion industrial de los objetos a inspeccionar.
14. 14. - Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 12-13, donde el patron 5 periodico de luz y sombra emitido posee una forma adaptativa a la superficie de los objetos

    a inspeccionar, de modo que dicho patron varie en funcion de la curvatura de la superficie inspeccionada.
15. 15. - Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 12-14, donde el patron 10 periodico de luz y sombra emitido es un patron ajedrezado, una reticula de cuadrados o

    triangulos, o un patron de puntos, lmeas rectas, circunferencias o cruces.

    FIGURAS

    imagen1

    FIG. 1

    imagen2