ES2187381B2 - Dispositivo para la deteccion de defectos superficiales sobre cilindros. - Google Patents
Dispositivo para la deteccion de defectos superficiales sobre cilindros.Info
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Abstract
Dispositivo para la detección de defectos superficiales sobre cilindros. El objetivo del invento es la realización de un dispositivo optoelectrónico sin contacto para la detección, distinción y ubicación espacial de estructuras o defectos superficiales. El sistema desarrollado se compone de tres unidades: a) unidad de iluminación, b) unidad de captación y c) unidad de procesado de la señal. Es aplicable a cilindros, cables o, en general, a hilos metálicos. En este caso particular denominamos estructura superficial a toda variación de la topografía respecto a la forma cilíndrica.
Description
Dispositivo para la detección de defectos
superficiales sobre cilindros.
El objeto de la invención es la realización de un
dispositivo mediante el que se detecten los defectos superficiales
presentes en cilindros, especialmente en hilos metálicos, así como
su forma, ubicación espacial y tamaño con el cilindro en movimiento
axial, esto es, en línea de producción.
Hasta la fecha se han realizado algunos
dispositivos para la determinación de la calidad superficial de
cilindros de entre los cuales destacamos aquellos basados en la
iluminación del cilindro mediante un haz de luz.
Son conocidas las Patentes US 4 659 937, US 4 705
957, US 4 095 905 donde se presentan una serie de dispositivos para
la detección de defectos en cilindros.
Estos sistemas, sin embargo, tienen una serie de
problemas. En primer lugar, el cilindro no es iluminado de una forma
adecuada, puesto que se presentan fuertes inhomogeneidades en los
niveles de iluminación según la zona del cilindro. También, debido a
que se suelen utilizar fotodetectores monolíticos, la información
que se obtiene de la estructura superficial del cilindro es bastante
pobre, pues se integra en un único parámetro de calidad todo el
conocimiento de la superficie del cilindro metálico.
En la actualidad, los sistemas de fabricación de
los cilindros, concretamente de hilos metálicos, demandan unas
mayores prestaciones y cantidad de información de la calidad
superficial. Estos problemas hasta la fecha no han sido resueltos.
Mediante el dispositivo objeto de esta patente podemos: a)
Distinguir cierto tipo de defectos (estructuras continuas,
ondulamiento y marcas de vibración). Para estructuras continuas,
podemos: b) Dar un parámetro de calidad del estado superficial del
cilindro; c) Determinar su ubicación espacial y su tamaño. Tanto a),
b) y c) se realiza en línea de producción
("in-line"). Esto tiene su interés en el campo
de la fabricación de hilos metálicos pues, además de poder
determinar la calidad de los hilos fabricados, permite un análisis
de los procesos de fabricación, lo cual se puede utilizar para
mejorar dichos procesos. Mediante el dispositivo presentado no será
necesario parar la cadena de producción para su implementación.
El dispositivo de medida, objeto de esta
invención, está compuesto por tres subsistemas, según se describe en
la Figura 1:
- \bullet
- Subsistema de iluminación
- \bullet
- Subsistema de captación de la luz
- \bullet
- Subsistema de procesado de la señal
Las características más importantes de la
invención son:
- \sqbullet
- Un sistema de iluminación que evita zonas insensibles a la detección de las estructuras superficiales sobre el cilindro basado en una única fuente de luz, aunque también podrían utilizarse varias fuentes.
- \sqbullet
- Un sistema de detección basado en arrays bidimensionales de fotodetectores, que recoge información espacial del estado superficial de los cilindros.
- \sqbullet
- Dos modos de operación:
- Un modo de inspección "visual" (sin procesado), que permite una primera distinción de la forma o tipo de defecto presente en el cilindro: Estructuras continuas, ondulamiento y marcas de vibración. Con estructuras continuas nos referimos a defectos con una longitud axial igual o mayor al tamaño de la zona de inspección (\sim2mm)). Con ondulamiento nos referimos a una fluctuación del eje del cilindro del curso lineal de período mayor a 2 veces el tamaño de la zona de inspección. Con marcas de vibración nos referimos a una fluctuación periódica del eje del cilindro de período menor a 2 veces el tamaño de la zona de inspección.
- Un modo de procesado de la señal que analiza la distribución de luz sobre el array bidimensional de fotodetectores y que permite obtener un mapa bidimensional de la calidad superficial del cilindro. Por ello mediante este invento es posible detectar los distintos sub-tipos de defectos continuos que puedan existir sobre el cilindro, determinar su posición y estimar su importancia.
- \sqbullet
- El dispositivo permite la medida en línea de producción y puede ser integrado en dicha la línea de producción sin tener que pararla.
Dispositivo para la detección de defectos
superficiales sobre cilindros.
La invención se refiere a la realización de un
dispositivo optoelectrónico sin contacto para la detección y
ubicación espacial de estructuras o defectos superficiales sobre
cilindros.
Concretamente el sistema objeto de la invención
se compone de tres unidades: a) unidad de iluminación, b) unidad de
captación y c) unidad de procesado de la señal.
- a)
- Mediante la unidad de iluminación se hacen incidir varios haces de luz formando ángulos equidistantes entre ellos sobre la superficie del cilindro para obtener una iluminación completa del contorno del mismo, y de forma oblicua respecto al eje del cilindro. De esta forma se generan varios conos de luz los cuales, mediante parámetros de diseño, no solapan entre sí.
- b)
- La luz esparcida por el cilindro es recogida por la unidad de captación, que deflecta dichos conos de luz dispersados por el cilindro sobre un array bidimensional de fotodetectores de tecnología CCD o CMOS.
- c)
- La señal recogida por el array de fotodetectores es procesada con el fin de detectar y obtener información acerca de la ubicación y características de las estructuras superficiales sobre el cilindro.
De esta forma el dispositivo está compuesto por
tres subsistemas, según se describe en la Figura 1.
Un esquema de un posible subsistema de
iluminación se muestra en la Figura 1. Se compone de un emisor de
luz tal como un láser, diodo láser o Led (1), regulable en
intensidad. Este tipo de fuentes coherentes o parcialmente
coherentes producen un "speckle" o moteado debidos a dicha
coherencia parcial o total. Sin embargo este efecto desaparece con
el movimiento del cilindro (3) y con la integración temporal que se
produce en el proceso de captación. El haz generado por este emisor
incide sobre una red de difracción (2) que divide el haz en varios
haces, según los órdenes de la red de difracción. Se procurará tener
una red de difracción de forma que se reparta la luz de forma
equitativa entre los órdenes -1, 0 y 1. Esto también se puede
conseguir mediante filtros de intensidad adecuados.
También se pueden utilizar para iluminar el
cilindro otros tipos de fuentes de luz incoherentes, tales como
"Led blancos", fuentes halógenas, etc.
Estos haces son dirigidos mediante una serie de
espejos (4, 5, 6) especialmente orientados para que incidan sobre el
cilindro (3) de forma oblicua desde distintos lados (ver Figura 2
para una sección perpendicular al eje del cilindro que muestra dicha
incidencia) y sobre distintos puntos (x) aunque muy próximos del
cilindro con distintos ángulos de incidencia (\alpha) (véase
Figura 3 para mostrar la incidencia de un rayo), con el fin de
iluminar una sección radial completa (Figura 2) y evitar que la luz
de salida del cilindro se solape. Esto último permite una correcta
detección de las estructuras superficiales sobre el cilindro.
Si se utilizan tres haces equidistantes existirán
zonas ((13), Figura 2) que serán iluminadas con dos haces, por lo
que su información estará solapada o duplicada. Esto es importante,
pues como veremos posteriormente, existen partes de la luz reflejada
por el cilindro que se pierde en el proceso de deflexión de los
haces cónicos reflejados en el subsistema de detección. Mediante
esta redundancia de información aseguramos que no perderemos
información de ninguna de las zonas iluminadas del cilindro. El
sistema óptico está diseñado de tal forma que las zonas cuya
información se ha perdido (debido a la hendidura que presenta el
espejo deflector ((7), Figura 1) del subsistema de captación de luz)
sean aquellas que tienen información duplicada, por lo que si se
pierde de un cono, permanece en otro.
Cada haz incidente es esparcido por el cilindro,
formando un cono de luz (Figura 4), cuyo ángulo respecto del eje del
cilindro (a) será igual al ángulo formado entre el haz incidente y
el cilindro (Figura 3). Como hemos señalado, para evitar un
solapamiento de estos conos en el plano de detección (11) el ángulo
(\alpha) es distinto para cada haz incidente.
Los conos de luz generados por la reflexión sobre
el cilindro llegan a un espejo ((7), Figura 1) que deflecta dichos
conos sobre el subsistema de detección. (Figura 5). Este espejo
tiene una hendidura con el fin de que pueda pasar el cilindro a
través suyo.
El subsistema de detección está formado por un
sistema óptico adecuado compuesto por (véase Figura 1): lentes (8) y
(10); espejo (7); máscara (9) y por un array bidimensional de
detectores de tecnología CCD o CMOS (11). El subsistema se diseña de
forma especial para que todo el dispositivo se pueda insertar con el
cilindro en movimiento, lo cual es interesante para su fácil
implementación en un entorno de producción.
El sistema funciona de la siguiente forma: El haz
dispersado por el cilindro forma un cono divergente que se colima
mediante una lente convergente (8). Estos conos colimados inciden
sobre unas máscaras (9) las cuales se utiliza para eliminar los
máximos de intensidad en cada cono (estos máximos son el spot de los
haces incidentes que no llegan a reflejar en el cilindro). Esto se
realiza para evitar la saturación de los arrays de fotodiodos
utilizados. Las máscaras están posicionadas en el plano de la
cintura de los haces láser. Posteriormente, los haces de luz llegan
a otra lente convergente (10) que reduce el tamaño de los conos
hasta un tamaño suficiente como para que quepan en el detector
(array bidimensional de fotodetectores) (11). La intersección de los
conos de luz con la pantalla de detección, se puede ver en la Figura
6. En la Figura 7 se muestra una imagen de la distribución de luz
para un cilindro liso y otro con estructuras continuas
superficiales. Las estructuras continuas provocan fluctuaciones
anulares de la intensidad, mientras que el cilindro sin defectos da
una distribución "suave" de la intensidad.
Un sistema equivalente para la captura de los
conos de luz reflejados por el cilindro se muestra en la Figura 10
donde se ha antepuesto la lente colimadora (8) al espejo deflector
(7). En este caso ambos con hendidura para que atraviesen el
cilindro. Las ventajas son: a) Protegerá al espejo de suciedad. Será
mas fácil y menos crítico de limpiar la lente que el espejo. b)
Reduce la perdida de la información debido a las hendiduras, al
reflejar los 3 conos en el espejo con un radio mayor. c) Permitirá
aumentar los ángulos de incidencia lo que mejorará las tolerancias
en el guiado del cilindro y permitirá reducir las dimensiones en la
dirección de guiado del cilindro.
Otro sistema equivalente se muestra en la Figura
11, en este caso se sustituye el sistema de dos lentes y el espejo
deflector por un único espejo parabólico que proyecte directamente
los tres haces cónicos reflejados sobre el detector, interponiendo
igualmente las correspondientes máscaras.
La señal generada por el array de fotodetectores
es procesada por el subsistema de procesado de la señal, que puede
estar formado por a) una computadora con tarjeta de adquisición de
señales o b) por una tarjeta electrónica diseñada exproceso, la cual
incluiría un "Digital Signal Processor" o DSP. El objeto de
dicho procesamiento de la señal es la de detectar la presencia de
defectos sobre la superficie del cilindro, así como ubicar su
posición y determinar su tamaño.
El fin del procesado es detectar automáticamente
la presencia o aparición de defectos superficiales (principalmente
estructuras continuas como estrías y surcos), localizados y al mismo
tiempo obtener un parámetro de calidad de la superficie que permita
cuantificar el grado de deterioro de la superficie debido a estos
defectos. Nos restringimos a la detección de defectos continuos
(suficientemente alargados axialmente) debido a que el movimiento
axial del cilindro en la línea de producción supone una integración
en la detección de los defectos locales. Un defecto va a dispersar
los rayos que sobre él inciden en direcciones distintas a la
dirección especular correspondiente a su posición sobre el cilindro
liso, esto es, va a aparecer un mínimo de la intensidad dispersada
en esta dirección especular. Según el perfil del defecto esta
dispersión de los rayos que sobre él inciden va a ser distinta, pero
manteniéndose en el cono de reflexión (si el defecto es alargado
axialmente). Si la densidad de defectos crece aparecen
consecuentemente más mínimos en la intensidad en el cono de
reflexión, esto es, el perfil de intensidad del cono es menos
homogéneo. Existe pues una correlación entre la densidad de defectos
y el grado de no homogeneidad de la distribución del perfil de
intensidad reflejado (los fenómenos interferenciales debido a la
interacción entre defectos, y entre defecto y superficie lisa, van a
contribuir con fluctuaciones de frecuencias muy altas y no van a
poder ser resueltas por la CCD). El parámetro de calidad superficial
va a ser una medida de este "grado de homogeneidad". Las partes
del procesado se muestran en la Figura 9.
Dicho procesado se describe a continuación:
- \bullet
- Captura y muestreo radial y angular de los tres conos (una vez delimitado las posiciones de las máscaras). Pasamos de coordenadas polares de los pixels (x,y) a coordenadas cilíndricas (r,\Psi).
- \bullet
- Obtención de un perfil suavizado correspondiente a la superficie cilíndrica perfecta. Dos pasos:
- \bullet
- Obtención de un único perfil anular (para cada cono) por promediado radia. Pasamos de I(r,\Psi) a \upbar{I}_{mess}(\Psi)
- \bullet
- Ajuste polinomial de orden n de \upbar{I}_{mess} (\Psi) (para cada cono): Obtenemos \upbar{I}_{pol,n} (\Psi). Este perfil de intensidad simula el obtenido por la correspondiente superficie lisa (se toma n = 3, de bajo orden).
- \bullet
- Obtención del parámetro de calidad superficial T_{n}. Definido de la forma:
Eq. (1)T_{n} =
1-2 \cdot
\frac{\sum\limits_{N_{\Psi}}|\overline{I}_{mess}-\overline{I}_{pol,n}|}{\sum\limits_{N_{\Psi}}
\overline{I}_{pol,n}},
donde N_{\Psi} es el muestreo anular. T_{n},
toma valores entre 0 y 1, será tanto más próximo a 1 cuanto más lisa
sea la superficie del cilindro. Se calcula un parámetro de calidad
de cada cono de reflexión y se toma finalmente el valor medio de los
mismos.
- \bullet
- Reconstrucción superficial. Asociamos a cada punto de la superficie del cilindro (r,\phi) la intensidad que le corresponde por reflexión especular si el cilindro fuese liso I_{pol,n} (r,\phi = \Psi2), donde ahora las intensidades tienen también una variación radial de la intensidad sopesada con la variación radial medida de la intensidad medida. Se eliminan las zonas donde la inspección de la superficie se solapa, y se cuantifica las zonas de la superficie donde la información se ha perdido debido a la hendidura en el espejo deflector y por las máscaras.
- \bullet
- Localización de defectos. Allí donde hay defecto la intensidad alcanza un mínimo. Localizamos los posibles defectos por medio de una umbralización:
Eq. (2)I_{def}(r,\phi) <
I_{pol,n} - \frac{c}{N_{\Psi}} \sum\limits_{N_{\Psi}} |I_{mess} -
I_{pol,n}|,
donde c es la sensibilidad (tomamos c = 1), y
donde las intensidades están pasadas a las coordenadas de la
superficie del cilindro
(r,\phi).
La invención se ilustra con 11 figuras que
representan lo siguiente:
Figura 1: Esquema del prototipo para inspección
de la superficie de cilindros.
Figura 2: Sección transversal al eje del cilindro
(3) donde se muestran las zonas iluminadas por cada haz incidente
(A), (B) y (C).
Figura 3: Esquema de uno de los rayos incidentes
que refleja en el cilindro (3).
Figura 4: Esquema del cono de luz que se forma
después de la reflexión del haz incidente sobre la superficie
cilíndrica.
Figura 5: Esquema del subsistema de detección
mostrando el espejo deflector y el sistema de dos lentes.
Figura 6: Diagrama resultante de la intersección
de los conos de luz con la pantalla de detección. Las zonas donde
falta iluminación (15) y (16) son debidas respectivamente al
taponamiento con las máscaras y la hendidura en el espejo deflector
(7).
Figura 7: Imagen de la distribución de luz
recogida por el detector (11) para un cilindro liso y otro con
estructuras continuas superficiales.
Figura 8: Mapa de la superficie del cilindro
donde se muestra la ubicación obtenida de los defectos superficiales
para los hilos de la Figura 7.
Figura 9: Diagrama de las partes del procesado de
la imagen obtenida por el sistema para determinar la información del
estado de la superficie como se muestra en la Figura 8.
Figura 10: Vista de una de las posibles
configuraciones del prototipo en el que el sistema esta introducido
dentro de una carcasa estanca.
Figura 11: Esquema de otra configuración posible
utilizando un espejo deflector parabólico (7') para proyectar los
haces cónicos sobre el detector.
La invención se ilustra con el siguiente
ejemplo:
La implementación industrial del sistema óptico
expuesto en la Figura 1, requiere ante todo de un diseño que permita
una inspección completa de todo el contorno superficial del
cilindro, para lo cuál se necesitaran al menos dos haces cónicos que
procedan de la reflexión en lados opuestos del cilindro, pues cada
haz cónico dispersado lleva la información de la correspondiente
superficie iluminada. No obstante, la caída de la intensidad
correspondientes a los rayos que reflejan próximos al borde del
cilindro, y el efecto de los rayos difractados, hacen imposible el
reconocimiento de defectos que se encuentran en estas zonas de
incidencia rasante próximas al borde. Finalmente son necesarios al
menos tres haces cónicos dispersados para obtener una información
"reconocible" de toda la superficie periférica del cilindro. En
nuestro sistema se iluminará el cilindro con estos tres haces
incidentes que equidistan entre sí (formando entre ellos \sim120º)
tal que cada uno alcance a iluminar la superficie que no llega a ser
iluminada por los otros dos.
En la figura 1 mostramos el sistema óptico, que
permite una inspección periférica completa de la superficie del
cilindro, y donde se desvían fuera del eje del cilindro los tres
haces cónicos para su posterior captura con una cámara CCD.
Los tres haces cónicos que se forman tienen el
mismo eje que el del cilindro (3) en su zona de iluminación (12),
por lo que no se pueden capturar con una CCD (11) colocada
perpendicularmente al eje (a no ser que el fotodetector tuviese un
agujero por el que pudiese atravesar el hilo). Hay pues que
proyectar fuera del eje del hilo los tres haces cónicos. Mediante
una red de difracción (2) sobre la que incidimos con un haz láser
(1) generamos tres haces difractados coplanarios (ordenes -1, 0 +1),
(ver Figura 1). Cada uno de estos tres haces se refleja en su espejo
(espejos (3), (4) y (5)) que les da la dirección adecuada para: a)
Obtener una completa iluminación entorno al cilindro, y b) conseguir
que los tres haces cónicos dispersados puedan ser atrapados por un
espejo deflector (7) sin que solapen, lo que se consigue variando
ligeramente el ángulo de incidencia sobre el cilindro para cada haz,
en el caso que mantengamos el punto de corte con el eje igual para
los tres (lo que en un principio mantendremos). Este espejo
deflector (7) se encuentra sobre el eje del cilindro formando 45º
con él. Para que esto sea posible, el espejo deflector tiene un
corte o hendidura por el que atraviesa el cilindro (y que permitirá
una implementación de todo el dispositivo en la línea de producción
sin necesidad de enhebrar el cilindro a través del espejo (7)). El
haz incidente central (de orden 0), dirigido por el espejo (4),
formará el cono dispersado central y la parte que no refleja en el
cilindro atravesará el corte del espejo (7). Los otros dos haces
(orden -1 y +1) dirigidos por los espejos (5) y (6), incidirán sobre
el cilindro desde otros lados formando los conos de reflexión
interior y exterior. Debido a la hendidura en el espejo (7) cada
cono dispersado perderá un pedacito de arco.
Los tres haces cónicos dispersados fuera del eje
del cilindro se coliman con la lente (8) cuya focal coincide con el
punto de convergencia de los conos (\sim zona iluminada del hilo
(12)). Los haces cónicos son ahora cilíndricos (no así el espesor de
los haces que siguen otra convergencia) hasta llegar a la segunda
lente convergente (10). En este trayecto atraviesan una serie de
máscaras (9) que eliminan la parte interferométrica y la parte de
los haces incidentes (de orden -1 y +1) que no han reflejado en el
cilindro (spot). La segunda lente convergente (10) proyectará sobre
la cámara CCD (11) los tres conos sin la parte interferométrica
(14). Llamaremos a estos conos enmascarados conos de reflexión. Se
perderá también la información de la región del cilindro que refleje
hacia la hendidura del espejo deflector (7), pero con un ajuste
adecuado de los espejos (5) y (6) es posible recuperar la
información perdida por la hendidura en el espejo (7) de un cono con
la información de esta región de la superficie que lleva consigo el
otro cono.
Las zonas iluminadas por cada haz incidente se
muestran en la figura 2 con (A), (B) y (C), así como las zonas que
son iluminadas por dos haces (13). La iluminación de una sección del
cilindro es completa, por lo que no se pierde información sobre los
defectos superficiales.
El ángulo que forma el haz cónico dispersado con
el eje del cilindro es el mismo que el que forma el haz incidente.
En la Figura 3 se muestra un esquema de uno de los rayos incidentes
que refleja en el cilindro (3). Se muestra que el ángulo (\alpha)
entre el cono (al que pertenece el rayo reflejado) y el cilindro es
el mismo que entre el rayo incidente y el cilindro. El punto de
reflexión es (x).
En la Figura 4 mostramos un esquema de cómo uno
de los haces incidentes genera un cono de luz. Donde (\alpha) es
el ángulo del haz incidente respecto al eje del cilindro, (12) es la
zona de iluminación del cilindro, y (14) es el corte del cono de
reflexión con el plano perpendicular al eje del cilindro.
El esquema del subsistema de detección se enseña
con más detalle en la figura 5, donde se muestra cómo el diseño
óptico colima los rayos del cono de luz y son filtrados mediante
unas máscaras para eliminar los máximos de intensidad en el cono.
Con (3) designamos al cilindro, con (12) a la zona de iluminación
del cilindro, con (7) al espejo deflector con una hendidura para
poder introducir el cilindro e inclinado para sacar fuera del eje
del cilindro los tres conos de luz que refleja, con (8) a la lente
colimadora, con (9) a las máscaras utilizada para taponar las áreas
de máxima intensidad que pueden saturar el array bidimensional, con
(10) a la lente convergente cuyo objeto es la de proyectar los rayos
sobre el detector (array bidimensional de fotodetectores), y con
(14) la intersección de los conos de luz con la pantalla del
detector.
La imagen obtenida por la configuración de la
Figura 1 de la zona iluminada (12) del cilindro, viene esquematizada
en la Figura 6, donde la parte oscura son las zonas iluminadas. Las
secciones circulares no son cerradas. Las zonas donde falta
iluminación (15) y (16) son debidas respectivamente al taponamiento
con la máscara y a la hendidura en el espejo defector (7) por donde
se "pierde" parte de los haces cónicos reflejados.
En la Figura 7 se muestran imágenes ejemplo
obtenida con la cámara CCD del sistema óptico de la Figura 1 y por
un microscopio óptico convencional, de hilos metálicos con distintos
acabados de la superficie. Las fluctuaciones en la intensidad
detectada portan información sobre la ubicación y dimensiones de las
estructuras superficiales. Figura 7. a) Imagen de la superficie de
un hilo metálico "liso" de 55 micras de diámetro tomada por un
microscopio óptico de aumento 20:1. b) Imagen obtenida por el
sistema objeto de la invención de la misma zona del hilo que en la
Figura 7a. c) Imagen de la superficie de un hilo metálico
"defectuoso" de 120 micras de diámetro tomada por un
microscopio óptico de aumento:20:1. d) Imagen obtenida por el
sistema objeto de la invención en la misma zona del hilo metálico de
la Figura 7c.
Tras un análisis según se ha descrito
anteriormente se obtienen unas "pseudoimágenes" mostradas en la
Figura 8 para estos dos cilindros que se muestran en la Figura 7,
donde se remarcan y localizan anularmente los defectos encontrados
mediante un método de umbralizado automático y adecuado a cada
perfil de intensidad de los conos de reflexión. En dicha figura se
dan también el parámetros de calidad T_{3} resaltando que ambos
cilindros pueden diferenciarse completamente, y el porcentaje
(anular) de la superficie inspeccionada S. La Figura 8a) corresponde
al hilo "con defectos" de la Figura 7c y la Figura 8b)
corresponde al hilo "sin defectos" de la Figura 7a.
En la Figura 9 se muestra el diagrama resumen del
los pasos seguidos en el procesado de la imagen recogida por el
detector del sistema de inspección óptica de la superficie del
cilindro para obtener el parámetro de calidad superficial y de
localización de los defectos.
En la Figura 10 se muestra un esquema del
prototipo para inspección de la superficie de cilindros. Con (1)
designamos la o las fuentes de luz, con (4,5,6) los espejos de
direccionado, con (3) al cilindro, con (12) la zona de inspección
del cilindro, con (16,17) las ventanas de protección, con (8) la
lente colimadora, con (7) el espejo deflector, con (9) las máscaras,
con (10) la lente colimadora y con (11) al detector. En Figura 10b)
(vista lateral) se muestra el subsistema de detección donde se ha
antepuesto al espejo deflector (7) la lente colimadora (8) también
con hendidura para que atraviese el cilindro.
En la Figura 11 se muestra el esquema de un
subsistema de detección alternativo que sustituye el espejo
deflector (7) de la Figura 1 y 5 por otro parabólico (7') que
permite proyectar directamente sobre el detector los tres conos de
reflexión sin necesidad del sistema de lentes (8) y (10).
El esquema de la Figura 10 muestra un ejemplo de
una posible configuración para el sistema objeto de la invención. En
dicho ejemplo se ha buscado que: a) El sistema se pueda introducir
en una carcasa en la cual el cilindro siempre quede externo al
sistema de forma que éste pueda insertarse de forma
"in-line" en las cadenas de producción del
cilindro. b) Las partes ópticas estén protegidas de agentes externos
tales como polvo, líquidos y otros tipos de suciedad. Hay que
recordar que los sistemas de producción de hilos metálicos son
ambientes muy agresivos para diseños ópticos (la óptica puede
empañarse con vapores y salpicaduras de los lubricantes). Según el
sistema ejemplo de la Figura 10 todos los componentes ópticos están
insertados en un alojamiento estanco donde se presentan una ventana
(17) plana de fácil limpieza y varios orificios (también con
ventana) (16) por donde salen los haces de luz que iluminan el
cilindro.
Claims (8)
1. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre superficies cilíndricas que
consta de un sistema óptico de iluminación, un sistema óptico de
detección de los rayos reflejados por la superficie cilíndrica y un
sistema de procesado de la señal detectada por el array de
fotodetectores, caracterizado porque el haz generado por la
fuente de iluminación es dividido en al menos tres haces mediante
una red de difracción, los cuales se dirigen hacia el cilindro para
que cubran todo su perímetro y con ángulos de incidencia respecto
al eje del cilindro ligeramente distintos.
2. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de
detección consta de un espejo deflector con una hendidura por la
que atraviesa el cilindro, estando dicho espejo centrado e
inclinado respecto al eje del cilindro con el fin de sacar fuera de
dicho eje los haces cónicos para que sean capturados posteriormente
por el detector.
3. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según la
reivindicación 2, caracterizado porque el sistema de
detección comprende una lente colimadora antepuesta al espejo
deflector que a su vez está antepuesto a la lente convergente.
4. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según la
reivindicación 2, caracterizado porque el sistema de
detección comprende un espejo deflector antepuesto a la lente
colimadora que a su vez está antepuesta lente convergente.
5. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según la
reivindicación 1, donde el sistema de detección tiene un array
bidimensional de elementos fotodetectores en tecnología CCD o
CMOS.
6. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según la
reivindicación 1, donde el sistema de detección consta de un array
de fotodetectores en disposición anular.
7. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según reivindicación
5, caracterizado porque el procesado para obtener
información sobre las estructuras superficiales se realizará en una
computadora con una tarjeta de adquisición de señales o en una
tarjeta electrónica cuyo elemento principal sea un DSP (Digital
Signal Processor).
8. Un sistema optoelectrónico para la detección
de estructuras superficiales sobre cilindros, según la
reivindicación 7, donde el procesado de la señal permite calcular
un parámetro de calidad a través del cual se cuantifican y
localizan de forma "in-line" las estructuras
continuas en la superficie de los cilindros.
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