ES2958041B2

ES2958041B2 - PROCEDURE AND DEVICE FOR DETERMINING THE SURFACE QUALITY OF STAINLESS STEELS BASED ON IMAGE ANALYSIS

Info

Publication number: ES2958041B2
Application number: ES202230599A
Authority: ES
Inventors: Leal Juan María González; Rebollo Enrique Gallero
Original assignee: Acerinox Europa S A U; Universidad de Cadiz
Current assignee: Acerinox Europa S A U; Universidad de Cadiz
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2025-04-24
Anticipated expiration: 2042-07-01
Also published as: WO2024003437A1; ES2958041A1

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA DETERMINAR LA CALIDAD SUPERFICIAL DE ACEROS INOXIDABLES BASADO EN ANÁLISIS DE IMAGEN PROCEDURE AND DEVICE FOR DETERMINING THE SURFACE QUALITY OF STAINLESS STEELS BASED ON IMAGE ANALYSIS

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR

La presente invención se contextualiza en el campo de aparatos ópticos para el control de calidad de la superficie de los materiales. The present invention is contextualized in the field of optical apparatus for quality control of the surface of materials.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

La medida de las características ópticas de un objeto resulta de gran interés como atestigua la cantidad de estudios y tecnología desarrollados para analizar diferentes aspectos relacionados con la reflexión de la luz en una superficie. Apoya este interés, la existencia de organismos internacionales, tales como la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE), que se encargan de la definición de la terminología, las magnitudes físicas radiométricas y fotométricas y las normas al respecto de la luz y el color de los objetos. E igualmente apoya este interés la existencia de normativa específica para cuantificar la calidad óptica de una superficie, en las que se definen parámetros como el brillo o el nublado(glossyhazeen terminología inglesa, respectivamente) que dan cuenta de aspectos de caracterización de producto y control de calidad industrial. The measurement of an object's optical characteristics is of great interest, as evidenced by the number of studies and technologies developed to analyze different aspects related to light reflection on a surface. This interest is supported by the existence of international organizations, such as the Commission Internationale de l'Eclairage (CIE), which are responsible for defining terminology, radiometric and photometric physical quantities, and standards regarding the light and color of objects. Equally supporting this interest is the existence of specific regulations for quantifying the optical quality of a surface, which define parameters such as glossiness or haze (glossyhazy, respectively), which address aspects of product characterization and industrial quality control.

De especial relevancia para el establecimiento de las bases para el funcionamiento de la presente invención son los documentos elaborados por la CIE (CIE 15:2018, Colorimetry, 4th edition; CIE 130:1998, Practical methods for the measurement of reflectance and transmission), en los que se encuentran recomendaciones sobre cómo realizar las medidas de color de los objetos y su representación cuantitativa en los denominados espacios de color. A este respecto, las recomendaciones para la medida del color recaen típicamente en el uso de esferas integradoras en combinación con un espectrofotómetro. Las geometrías ópticas de las medidas pueden ser variadas y responden a destacar diferentes aspectos de la luz reflejada por una superficie. Of particular relevance for establishing the basis for the operation of the present invention are the documents prepared by the CIE (CIE 15:2018, Colorimetry, 4th edition; CIE 130:1998, Practical methods for the measurement of reflectance and transmission), which contain recommendations on how to perform color measurements of objects and their quantitative representation in so-called color spaces. In this regard, recommendations for color measurement typically focus on the use of integrating spheres in combination with a spectrophotometer. The optical geometries for the measurements can be varied and respond to highlighting different aspects of the light reflected by a surface.

Es igualmente relevante mencionar que en el mercado existen aparatos para cuantificar la calidad óptica de una superficie, según ciertas normas (ASTM E 430 -19. Standard test methods for measurement of gloss of high-gloss surfaces by abridged goniophotometry; UNE-EN ISO 7668:2018. Anodización del aluminio y sus aleaciones. Medición de la reflectancia especular y del brillo especular de los recubrimientos anódicos del óxido en ángulos de 20°, 45°, 60° u 85°; UNE-EN ISO 2813:2015. Pinturas y barnices. Determinación del índice de brillo especular a 20°, 60° y 85°; UNE-EN ISO 13803:2015. Pinturas y barnices. Determinación del velo especular sobre películas de pintura a 20°; UNE-EN ISO 8781-3:1996. Pigmentos y extendedores. Métodos de evaluación de las características de dispersión. Parte 3: Evaluación a partir de las variaciones de brillo), que basan su principio de medida en un goniofotómetro que recoge el flujo radiante de la superficie del material bajo estudio, cuando es iluminada con una fuente luminosa bajo un cierto ángulo de incidencia, mediante un conjunto de fotorreceptores a diferentes ángulos alrededor del ángulo de reflexión especular, contenidos normalmente en el plano de incidencia. Típicamente las medidas se realizan a 20°, 60° y 85°. It is equally relevant to mention that there are devices on the market to quantify the optical quality of a surface, according to certain standards (ASTM E 430 -19. Standard test methods for measurement of gloss of high-gloss surfaces by abridged goniophotometry; UNE-EN ISO 7668:2018. Anodization of aluminum and its alloys. Measurement of specular reflectance and specular gloss of anodic oxide coatings at angles of 20°, 45°, 60° or 85°; UNE-EN ISO 2813:2015. Paints and varnishes. Determination of the specular gloss index at 20°, 60° and 85°; UNE-EN ISO 13803:2015. Paints and varnishes. Determination of the specular veil on paint films at 20°; UNE-EN ISO 8781-3:1996. Pigments and extenders. Methods for evaluating scattering characteristics. Part 3: Evaluation by brightness variations), which base their measurement principle on a goniophotometer that records the radiant flux from the surface of the material under study when illuminated by a light source at a certain angle of incidence, using a set of photoreceptors at different angles around the specular reflection angle, normally contained within the plane of incidence. Typically, measurements are made at 20°, 60°, and 85°.

La presente invención describe un método sencillo para la estimación de luminancia Y, así como la luminosidad L*, de aceros inoxidables, sin necesidad de usar una esfera integradora, basado en el análisis de la imagen reflejada por la superficie del acero inoxidable bajo estudio, de un patrón de alto contraste y el análisis de la distribución de los niveles de grises de esta imagen registrada. The present invention describes a simple method for estimating the luminance Y, as well as the luminosity L*, of stainless steels, without the need to use an integrating sphere, based on the analysis of the image reflected by the surface of the stainless steel under study, of a high contrast pattern and the analysis of the distribution of the grey levels of this recorded image.

La luminancia es una magnitud física que representa la relación entre cantidad de luz reflejada por una superficie y su área. Esta magnitud es proporcional al valor de triestímulo Y, definido en el documento CIE 15, y suele utilizarse como indicador adimensional de la luminancia de un objeto, en una escala de 0 a 100. Este indicador también suele denominarse valor de reflectancia de la luz olight reflectance value(LRV) en terminología inglesa y es de utilidad para cuantificar el contraste óptico entre objetos, de cara a valorar la claridad en la percepción visual de por ejemplo señales de advertencia o de seguridad en edificios (véase la norma BS 8493:2008+A1:2010 Light reflectance value (LRV) of a surface - Method of test a este respecto). Luminance is a physical quantity that represents the relationship between the amount of light reflected by a surface and its area. This quantity is proportional to the tristimulus value Y, defined in the CIE 15 document, and is often used as a dimensionless indicator of an object's luminance, on a scale of 0 to 100. This indicator is also often referred to as light reflectance value (LRV) and is useful for quantifying optical contrast between objects, in order to assess the clarity in the visual perception of, for example, warning or safety signs in buildings (see BS 8493:2008+A1:2010 Light reflectance value (LRV) of a surface - Method of test for this purpose).

Asimismo, la luminosidad L* es una coordenada de color definida en el espacio de color CIELab. Este espacio de color permite cuantificar el color en coordenadas con una métrica euclídea, lo que hace que la diferencia entre dos colores sea perceptivamente lineal, de forma que un cambio de la misma cantidad en un valor de color produce un cambio visual similar. En este espacio de color, la coordenada L* expresa la luminosidad del color, la coordenada a* da cuenta del contenido de color entre rojo y verde, y la coordenada b*, representa el contenido de color entre amarillo y azul. Estas coordenadas varían en una escala de 0 a 100. Likewise, the lightness L* is a color coordinate defined in the CIELab color space. This color space allows color to be quantified in coordinates using a Euclidean metric, making the difference between two colors perceptually linear, such that a change of the same amount in a color value produces a similar visual change. In this color space, the L* coordinate expresses the color lightness, the a* coordinate accounts for the color content between red and green, and the b* coordinate represents the color content between yellow and blue. These coordinates vary on a scale from 0 to 100.

Ambas magnitudes, Y y L*, son sensibles al efecto de nublado en la reflexión óptica de aceros inoxidables. Este efecto se caracteriza por dar un aspecto blanquecino a la superficie del acero inoxidable que reduce el brillo y la especularidad de su superficie. El efecto se debe a la acción combinada del esparcimiento de la luz debido a la rugosidad y al scattering subsuperficial en la capa pasiva dieléctrica que es característica de los aceros inoxidables (J.M. González-Leal y col., Analysis of the visual appearance of AISI 430 ferritic stainless steel flat sheets manufactured by cool rolling and bright annealing, Metals 11 (2021) 1058; J.M. González-Leal y col., Radiometric analysis of haze in bright-annealed AISI 430 ferritic stainless steel, Applied Optics 61 (2022) 2155). Both quantities, Y and L*, are sensitive to the clouding effect in the optical reflection of stainless steels. This effect is characterized by giving a whitish appearance to the stainless steel surface, which reduces its brightness and specularity. The effect is due to the combined action of light scattering due to roughness and subsurface scattering in the dielectric passive layer that is characteristic of stainless steels (J.M. González-Leal et al., Analysis of the visual appearance of AISI 430 ferritic stainless steel flat sheets manufactured by cool rolling and bright annealing, Metals 11 (2021) 1058; J.M. González-Leal et al., Radiometric analysis of haze in bright-annealed AISI 430 ferritic stainless steel, Applied Optics 61 (2022) 2155).

El efecto de nublado se correlaciona con un aumento en el valor de Y y de L*, cuando éstos se calculan a partir de la componente difusa de la reflexión óptica, con una geometría óptica 8°/de. Tal geometría se define en los documentos CIE 15:2018, Colorimetry, 4th edition; CIE 130:1998, Practical methods for the measurement of reflectance and transmisión. The clouding effect is correlated with an increase in the values of Y and L*, when these are calculated from the diffuse component of optical reflection, with an 8°/de optical geometry. This geometry is defined in CIE 15:2018, Colorimetry, 4th edition; CIE 130:1998, Practical methods for the measurement of reflectance and transmission.

El funcionamiento de la presente invención se basa en el análisis del histograma bimodal de los valores de gris de los pixeles de la imagen registrada, que corresponde a un patrón de alto contraste, de tipo Ronchi, reflejado en la superficie de un acero inoxidable del que se quiere estimar su luminancia y/o luminosidad, de ahí que no se vea afectada por los conocidos métodos de medida de reflexión óptica basados en un goniofotómetro, ni con sus aparatos asociados (brillómetros y nublómetros), así como tampoco por aquellos basados en una esfera integradora, ni sus aparatos asociados (colorímetros). The operation of the present invention is based on the analysis of the bimodal histogram of the grey values of the pixels of the recorded image, which corresponds to a high contrast pattern, of the Ronchi type, reflected on the surface of a stainless steel whose luminance and/or brightness is to be estimated, hence it is not affected by the known optical reflection measurement methods based on a goniophotometer, nor with its associated devices (gloss meters and cloud meters), as well as those based on an integrating sphere, nor its associated devices (colorimeters).

Entre las patentes que pudieran estar relacionadas con el objeto de la presente invención, se considera de relevancia la patente US 4878114 A, en la que se propone un método y un sistema para la evaluación de la rugosidad de superficies planas. El método se basa en el histograma unimodal de niveles de grises de los píxeles de un dispositivo (CCD) que registra la distribución luminosa reflejada por una superficie. La evaluación de la rugosidad se basa en las características estadísticas del histograma, a saber, valor medio (RMS), desviación estándar (SD) y sesgo (S). El documento incluye la consideración de histogramas bimodales como efecto de la presencia de defectos topográficos que producen discontinuidades en la superficie, como son arañazos, grietas, poros o incrustaciones. En la patente, en ningún caso se hace referencia al nublado como un defecto incluido entre los contemplados en esta patente, el cual es una característica general del aspecto de la superficie y no una discontinuidad presente en ella. Como se ha indicado, todos los defectos reclamados en la patente US 4878114 A comparten el ser discontinuidades en la topografía de la superficie, mientras que el nublado en aceros inoxidables es fuertemente dependiente de las propiedades físico/químicas de la capa pasiva, no solo de la rugosidad de la superficie. Among the patents that may be related to the subject matter of the present invention, US Patent 4,878,114 A is considered relevant. It proposes a method and system for assessing the roughness of flat surfaces. The method is based on a unimodal histogram of the gray levels of the pixels of a device (CCD) that records the light distribution reflected by a surface. The roughness assessment is based on the statistical characteristics of the histogram, namely, mean value (RMS), standard deviation (SD), and bias (S). The document includes consideration of bimodal histograms as an effect of the presence of topographical defects that produce discontinuities in the surface, such as scratches, cracks, pores, or encrustations. The patent does not, under any circumstances, refer to clouding as a defect included among those contemplated in this patent; clouding is a general characteristic of the surface's appearance and not a discontinuity present therein. As indicated, all the defects claimed in patent US 4878114 A share the fact that they are discontinuities in the surface topography, while clouding in stainless steels is strongly dependent on the physical/chemical properties of the passive layer, not only on the surface roughness.

El método reclamado en la patente US 4878114 A se ve además influido por las características de la fuente luminosa, en particular, por su radiancia espectral, así como por el grado de enfoque del dispositivo de captura de la imagen. De esta forma, el uso de una fuente de tungsteno, como se indica en el documento, o una fuente tipo LED, ya sea de luz cálida, fría o neutra, tendrán su efecto en la forma del histograma, y, por tanto, en los valores de RMS, SD y S. Igualmente el grado de enfoque del dispositivo su efecto en las características de este histograma unimodal. Por el contrario, la patente solicitada se basa en un método diferencial y relativo, en cuanto a que compara valores de un histograma bimodal generado originalmente por el patrón de alto contraste empleado. De esta forma, al ser un método diferencial, su dependencia con las características de la fuente de iluminación y el grado de enfoque es significativamente menor. The method claimed in US Patent 4,878,114 A is also influenced by the characteristics of the light source, in particular, its spectral radiance, as well as the degree of focus of the image capture device. Thus, the use of a tungsten source, as indicated in the document, or an LED-type source, whether warm, cold, or neutral light, will have an effect on the shape of the histogram and, therefore, on the RMS, SD, and S values. The degree of focus of the device also has an effect on the characteristics of this unimodal histogram. In contrast, the applied-for patent is based on a differential and relative method, in that it compares values from a bimodal histogram originally generated by the high-contrast pattern used. Thus, as it is a differential method, its dependence on the characteristics of the lighting source and the degree of focus is significantly lower.

Igualmente, se considera de cierta relevancia la patente EP3220101 A1. Esta patente se basa en un sistema en el que se usa un patrón con zonas transparentes y oscuras con un borde entre estas zonas bien definido. La luz se hace pasar a través de este patrón e incide en la superficie bajo test. La imagen se recoge con una cámara hiperespectral. Cada píxel de esta cámara tiene información del espectro de la luz que ha recibido y a partir de este espectro se determina un valor de la luminosidad L*, como indicador del brillo de cada píxel. Al final lo que se consigue es una imagen con niveles de gris. A continuación, se establece un umbral del nivel de gris para la imagen solo contenga pixeles blancos y negros. Se aplica un algoritmo para la detección del borde de separación entre la zona blanca y negra de la imagen del patrón, y se calcula la recta de mejor ajuste. A continuación, se evalúa la distorsión del borde mediante el cálculo del alejamiento de los pixeles respecto a esta recta y se calcula la desviación estándar de estas diferencias, siendo éste es el indicador que se correlaciona con la textura de la superficie. Likewise, patent EP3220101 A1 is considered of some relevance. This patent is based on a system that uses a pattern with transparent and dark areas with a well-defined border between these areas. Light is passed through this pattern and strikes the surface under test. The image is captured with a hyperspectral camera. Each pixel in this camera has information on the spectrum of the light it has received, and from this spectrum, a luminosity value, L*, is determined as an indicator of the brightness of each pixel. The final result is an image with gray levels. A gray level threshold is then set so that the image only contains black and white pixels. An algorithm is applied to detect the separating edge between the white and black areas of the pattern image, and the best-fit line is calculated. The edge distortion is then evaluated by calculating the distance between the pixels and this line, and the standard deviation of these differences is calculated. This is the indicator that correlates with the surface texture.

En esta patente hay una segunda manifestación práctica(embodiment)que es una variación del algoritmo para la evaluación de la distorsión del borde, que está basado en un análisis espectral aplicando la transformada de Fourier a la imagen. Según la descripción, no se usa un patrón de Ronchi, ni la evaluación de la textura se basa en los niveles de gris de una imagen, sino en lo más o menos distorsionado que está el borde de la imagen de un patrón con unedge-element,es decir, con un borde bien definido. Por lo que a nuestro entender este documento no afecta las reivindicaciones de la presente invención. This patent contains a second practical manifestation (embodiment), a variation of the algorithm for evaluating edge distortion. This algorithm is based on a spectral analysis applying the Fourier transform to the image. According to the description, a Ronchi pattern is not used, nor is the texture evaluation based on the gray levels of an image, but rather on the degree of distortion of the image edge of a pattern with an edge element, i.e., with a well-defined edge. Therefore, to our understanding, this document does not affect the claims of the present invention.

Es destacable que en la patente EP3220101 A1 se incluye una ilustración en la Figura 7 que, si bien comparte similitudes con las Figuras 1 y 3 de la presente invención, ésa no representa a la invención que desean proteger, sino a una configuración de un instrumento comercial, conocido como medidor de claridad, oclaríty meteren terminología inglesa, y que ponen como ejemplo comparativo 1 para demostrar el mejor funcionamiento de su invención en comparación con éste. Además, en la descripción del funcionamiento del medidor de claridad, se indica que el patrón de bandas oscuras(shielded)y transparentes, en la forma de un filtro óptico neutro variable, no se proyecta sobre la superficie bajo test, sino que se desplaza delante de un fotodector para modular la luz reflejada sobre la superficie y así obtener una señal sinusoidal a partir de la que calculan el indicador de claridad según la fórmula (1) de este documento. Se destaca esto, para evitar cualquier confusión a la vista simplemente de las ilustraciones. It is noteworthy that patent EP3220101 A1 includes an illustration in Figure 7 which, while sharing similarities with Figures 1 and 3 of the present invention, does not represent the invention they wish to protect, but rather a configuration of a commercial instrument, known as a clarity meter, or clarity meter in English terminology, and which they use as comparative example 1 to demonstrate the improved performance of their invention compared to this one. Furthermore, in the description of the operation of the clarity meter, it is indicated that the pattern of dark (shielded) and transparent bands, in the form of a variable neutral optical filter, is not projected onto the surface under test, but rather moves in front of a photodetector to modulate the light reflected on the surface and thus obtain a sinusoidal signal from which they calculate the clarity indicator according to formula (1) of this document. This is highlighted to avoid any confusion simply when looking at the illustrations.

Por otro lado, la patente EP 0528925 B1 basa la evaluación de la textura en la distorsión de la imagen de un patrón de puntos próximos bien definidos reflejado en la superficie bajo test y el conteo del número de puntos que pueden resolverse en esta imagen. A mayor distorsión en la imagen, los puntos se confunden unos con otros y resulta más difícil resolverlos y por tanto contarlos. A nuestro entender esta patente no afecta a la actividad inventiva de la presente invención. On the other hand, patent EP 0528925 B1 bases texture assessment on the distortion of the image of a pattern of well-defined, nearby dots reflected on the surface under test and counting the number of resolvable dots in this image. The greater the distortion in the image, the more the dots blend together, making it more difficult to resolve and therefore count them. To our knowledge, this patent does not affect the inventive activity of the present invention.

Por último, la patente US 5155558 basa la evaluación del aspecto de una superficie en el análisis espectral de las imágenes registradas con una cámara. En esta invención no se usa ningún patrón. La fuente luminosa es coherente y está filtrada espacialmente para garantizar que cualquier defecto en la imagen proviene en exclusiva de la superficie bajo test. La evaluación del aspecto de la superficie se correlaciona con las características del espectro de densidad de potencia, que se calcula a partir de la transformada de Fourier de la imagen registrada. A nuestro entender esta patente no afecta a la actividad inventiva de la presente invención. Finally, US patent 5,155,558 bases the evaluation of a surface's appearance on the spectral analysis of images recorded with a camera. No pattern is used in this invention. The light source is coherent and spatially filtered to ensure that any defects in the image originate exclusively from the surface under test. The evaluation of the surface's appearance is correlated with the characteristics of the power density spectrum, which is calculated from the Fourier transform of the recorded image. To our knowledge, this patent does not affect the inventive activity of the present invention.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION

La invención propuesta surge como una necesidad al desarrollo de metodologías ópticas para identificar y caracterizar las variables que conducen a la aparición de un defecto conocido como efecto niebla o nublado, en algunas partidas de acero inoxidable con acabado brillante. Este efecto se manifiesta como una pérdida en la intensidad de la reflexión, especialmente al observar el reflejo de objetos oscuros y a ángulos de observación alejados de la normal, que da a este material brillante un aspecto blanquecino. The proposed invention arises from the need for the development of optical methodologies to identify and characterize the variables that lead to the appearance of a defect known as the fog or clouding effect in some batches of bright-finished stainless steel. This effect manifests itself as a loss of reflection intensity, especially when observing the reflection of dark objects and at observation angles far from normal, which gives this shiny material a whitish appearance.

El efecto anterior también ocurre en otros materiales reflectantes, por lo que es igualmente válido para otros tipos de materiales reflectantes, además del acero inoxidable. The above effect also occurs on other reflective materials, so it is equally valid for other types of reflective materials besides stainless steel.

La presente invención se refiere, por tanto, a un procedimiento óptico, sensible al fenómeno de nublado en aceros inoxidables, que permite llevar a cabo la inspección de su calidad superficial, de forma objetiva e in-situ en su proceso de fabricación. Este procedimiento se basa en un método simple para la medida de la luminancia y la luminosidad del acero inoxidable a analizar. The present invention therefore relates to an optical method sensitive to the clouding phenomenon in stainless steels, which allows for objective, in-situ inspection of their surface quality during their manufacturing process. This method is based on a simple method for measuring the luminance and brightness of the stainless steel to be analyzed.

La invención se refiere además a un dispositivo que permite llevar a cabo el procedimiento objeto de la invención. The invention also relates to a device that allows the method object of the invention to be carried out.

El procedimiento objeto de la invención se sustenta en las siguientes evidencias experimentales: The procedure object of the invention is based on the following experimental evidence:

1. - La imagen registrada de un patrón de alto contraste formado por zonas blancas y negras, iluminado con luz blanca, produce una imagen con un histograma del valor de luminosidad o del nivel de gris de sus pixeles, con dos bandas agudas bien diferenciadas. 1. - The recorded image of a high contrast pattern formed by white and black areas, illuminated with white light, produces an image with a histogram of the luminosity value or gray level of its pixels, with two well-differentiated sharp bands.

2. - La imagen de este patrón reflejada sobre la superficie de un acero inoxidable se verá afectada por la rugosidad y las propiedades ópticas de este material, modificando por tanto el histograma de los valores de luminosidad de los pixeles de la imagen registrada. 2. - The image of this pattern reflected on the surface of a stainless steel will be affected by the roughness and optical properties of this material, thus modifying the histogram of the luminosity values of the pixels of the recorded image.

3. - La presencia de rugosidad en la superficie del acero inoxidable bajo estudio aumenta el esparcimiento de la luz reflejada, afectando al contraste de la imagen registrada, lo que se traduce en un desplazamiento y ensanchamiento de las bandas correspondientes a las zonas blancas y negras del histograma de los valores de luminosidad de los pixeles. 3. - The presence of roughness on the surface of the stainless steel under study increases the scattering of reflected light, affecting the contrast of the recorded image, which results in a shift and widening of the bands corresponding to the white and black areas of the histogram of the pixel luminosity values.

4. - La presencia de capas dieléctricas que contribuyan al esparcimiento subsuperficial de la luz, potencia el efecto producido por la rugosidad sobre el histograma de los valores de nivel de gris de los pixeles de la imagen registrada. 4. - The presence of dielectric layers that contribute to the subsurface scattering of light, enhances the effect produced by roughness on the histogram of the gray level values of the pixels in the recorded image.

5. - El valor de la luminancia, Y, y de la luminosidad, L*, es proporcional a factores numéricos que pueden ser calculados a partir de las posiciones de las bandas del histograma de niveles de píxeles, como han comprobado los autores sobre un estudio sistemático realizado con aceros inoxidables AISI 430 BA. 5. - The value of the luminance, Y, and the brightness, L*, is proportional to numerical factors that can be calculated from the positions of the bands of the pixel level histogram, as the authors have verified on a systematic study carried out with AISI 430 BA stainless steels.

Es sobre la base de las anteriores evidencias, sobre las que se propone el procedimiento objeto de la invención, basado en un método para la medida de la luminancia, Y, y de la luminosidad, L* de materiales reflectantes, así como un aparato que permita el desarrollo del procedimiento, basado en este método. It is on the basis of the above evidence that the procedure object of the invention is proposed, based on a method for measuring the luminance, Y, and the luminosity, L* of reflective materials, as well as an apparatus that allows the development of the procedure, based on this method.

Una realización preferida del procedimiento objeto de la invención se basa en la medida de la luminosidad de aceros inoxidables con acabado brillante, para discriminar la calidad óptica de los acabados superficiales, empleando como indicador la distribución de frecuencias de la señal óptica registrada. A preferred embodiment of the method object of the invention is based on the measurement of the brightness of stainless steels with a bright finish, to discriminate the optical quality of the surface finishes, using the frequency distribution of the recorded optical signal as an indicator.

Estos materiales pueden presentar efectos de nublado en su reflexión óptica, que se caracteriza por un aumento en el valor de la luminosidad, calculado a partir de la componente difusa de la reflexión, debido al esparcimiento de la luz por la rugosidad y las características metalúrgicas de la superficie. These materials may present clouding effects in their optical reflection, which is characterized by an increase in the luminosity value, calculated from the diffuse component of the reflection, due to the scattering of light by the roughness and metallurgical characteristics of the surface.

El dispositivo mediante el cual es posible realizar el procedimiento objeto de la invención debe contener: The device by means of which it is possible to carry out the method object of the invention must contain:

- Un patrón de alto contraste. - A high contrast pattern.

- Una fuente luminosa que al incidir sobre el patrón refleje su imagen sobre la superficie del material a analizar. - A light source that, when incident on the pattern, reflects its image on the surface of the material to be analyzed.

- Un elemento para la captación de la imagen. - An element for capturing the image.

- Un elemento para el registro y análisis de la imagen captada. - An element for recording and analyzing the captured image.

Mediante el dispositivo descrito, se analiza la distribución de los valores de nivel de gris de los pixeles de la imagen registrada, se determina la posición de estas bandas, x0 y x1, y se calcularía el factor (x1 - x0)/x0 como indicador de la luminosidad de la componente difusa de la reflexión de esta superficie. Using the described device, the distribution of the gray level values of the pixels of the recorded image is analyzed, the position of these bands, x0 and x1, is determined, and the factor (x1 - x0)/x0 is calculated as an indicator of the luminosity of the diffuse component of the reflection of this surface.

En una realización particular del dispositivo cabría usar como elemento de captación de la imagen una cámara a color. En tal caso se haría un procesado de la imagen a color para convertirla en blanco y negro, obteniendo los valores del nivel de gris de cada píxel como la media de las coordenadas de color en el espacio de color RGB de ese píxel. In a particular embodiment of the device, a color camera could be used as the image capture element. In this case, the color image would be processed to convert it to black and white, obtaining the gray level values for each pixel as the average of the color coordinates in the RGB color space for that pixel.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

FIGURA 1.Ilustración del efecto sobre el histograma de niveles de gris de los pixeles de las imágenes correspondientes a un patrón de alto contraste tipo Ronchi. FIGURE 1. Illustration of the effect on the gray level histogram of the pixels in the images corresponding to a high contrast Ronchi-type pattern.

En ella se muestra: It shows:

- La imagen directa (a) y su histograma correspondiente (b). - The direct image (a) and its corresponding histogram (b).

- La imagen del patrón reflejado en la superficie de una muestra de chapa de acero inoxidable AISI 430 BA (c) y su histograma correspondiente (d). - The image of the pattern reflected on the surface of a sample of AISI 430 BA stainless steel sheet (c) and its corresponding histogram (d).

FIGURA 2.Representación gráfica de la dependencia entre los valores: FIGURE 2. Graphical representation of the dependence between the values:

(a) De la luminancia Y, determinada a partir de la componente difusa de la reflexión óptica medida con una esfera integradora instalada en un espectrofotómetro, y el factor ((x1 - x0)/x0)1/2, (a) From the luminance Y, determined from the diffuse component of the optical reflection measured with an integrating sphere installed in a spectrophotometer, and the factor ((x1 - x0)/x0)1/2,

(b) De la luminosidad L*, determinada a partir de la componente difusa de la reflexión óptica medida con una esfera integradora instalada en un espectrofotómetro, y el factor (x1 - x0)/x0, (b) From the luminosity L*, determined from the diffuse component of the optical reflection measured with an integrating sphere installed in a spectrophotometer, and the factor (x1 - x0)/x0,

(c) De la luminosidad L* determinada a partir de la componente especular de la reflexión óptica medida con un espectrofotómetro y el factor x1(x1 - x0) (c), calculados a partir de las posiciones de las bandas del histograma de valores de grises de las imágenes reflejadas en un conjunto de muestras de acero inoxidables AISI 430 BA de un patrón de Ronchi, usando LEDs como fuente luminosa. (c) From the luminosity L* determined from the specular component of the optical reflection measured with a spectrophotometer and the factor x1(x1 - x0) (c), calculated from the positions of the bands of the grey value histogram of the images reflected in a set of AISI 430 BA stainless steel samples of a Ronchi pattern, using LEDs as light source.

FIGURA 3.Esquema donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado una configuración del dispositivo para la medida de la luminancia, Y, y de la luminosidad, L*, de materiales reflectantes, necesario para el desarrollo del procedimiento objeto de la invención. FIGURE 3. Diagram showing, for illustrative and non-limiting purposes, a configuration of the device for measuring the luminance, Y, and the luminosity, L*, of reflective materials, necessary for the development of the method object of the invention.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

A continuación, se expone de manera detallada, el modo de realización de la invención que se basa en la medida de la luminosidad, calculado a partir de la componente difusa de la reflexión, debido al esparcimiento de la luz por la rugosidad y las características metalúrgicas de la superficie, empleando como indicador la distribución de frecuencias de la señal óptica registrada. The embodiment of the invention is set out in detail below, which is based on the measurement of luminosity, calculated from the diffuse component of the reflection, due to the scattering of light by the roughness and metallurgical characteristics of the surface, using the frequency distribution of the recorded optical signal as an indicator.

Según se muestra en la figura 3, un dispositivo mediante el cual es posible realizar el procedimiento objeto de la invención debe contener: As shown in Figure 3, a device by which it is possible to carry out the method object of the invention must contain:

- Un patrón de alto contraste de bandas blancas y negras, tipo Ronchi (2). Para su correcto funcionamiento, este patrón debe estar orientado de modo que la normal al plano que contiene a la superficie de este patrón subtienda 30° con respecto a la normal al plano de la superficie del material a analizar. - A high contrast pattern of black and white bands, Ronchi type (2). For correct operation, this pattern must be oriented so that the normal to the plane containing the surface of this pattern subtends 30° with respect to the normal to the plane of the surface of the material to be analyzed.

- Una fuente luminosa (6), que al incidir sobre el patrón refleje su imagen sobre la superficie del material a analizar. La fuente luminosa empleada para las pruebas del dispositivo fueron de tipo LED. - A light source (6) which, when incident on the pattern, reflects its image onto the surface of the material to be analyzed. The light source used for testing the device was an LED type.

- Un elemento para la captación de la imagen (3), que consiste en una cámara de video monocromática, cuyo eje óptico debe estar orientado formando 30° con la normal a la superficie del material a analizar, de tal forma que su plano focal coincida con el plano de la superficie del patrón. - An element for capturing the image (3), which consists of a monochrome video camera, whose optical axis must be oriented at 30° with the normal to the surface of the material to be analyzed, so that its focal plane coincides with the plane of the pattern surface.

- Un elemento para el registro y análisis de la imagen captada (4). - An element for recording and analyzing the captured image (4).

En caso de que se sustituya la cámara monocromática por una cámara a color, como elemento de captación de la imagen sería necesario una etapa adicional del procedimiento, consistente en el procesado de la imagen a color para convertirla en blanco y negro, obteniendo los valores del nivel de gris de cada píxel como la media de las coordenadas de color en el espacio de color RGB de ese píxel, es decir, 1/3(R G B). In the event that the monochrome camera is replaced by a colour camera, an additional stage of the procedure would be necessary as an image capture element, consisting of processing the colour image to convert it into black and white, obtaining the grey level values of each pixel as the average of the colour coordinates in the RGB colour space of that pixel, that is, 1/3(R G B).

Claims

1. Procedure for determining the surface quality of stainless steels based on the analysis of its image, characterized in that it is based on the correlation between either the luminosity, L* of the diffuse reflection component of a material, or between the luminance Y* of the diffuse reflection component of a material, and a metric defined from the positions of the bands of a bimodal histogram of the gray level values of the pixels of the previously recorded image, of a high contrast Ronchi type pattern reflected on its surface.

2. System for carrying out the procedure, according to claim 1, comprising:

- A high contrast pattern of black and white bands, Ronchi type, oriented so that the normal to the plane containing the surface of this pattern subtends 30° with respect to the normal to the plane of the surface of the material to be analyzed.

- A light source that, when incident on the pattern, reflects its image on the surface of the material to be analyzed.

- An element for capturing the image, oriented so that its optical axis forms a 30° angle to the normal to the surface of the material being analyzed, such that its focal plane coincides with the plane of the pattern surface. - An element for recording and analyzing the captured image.

3. Use of the method and system described in previous claims for the inspection of the surface quality of stainless steels during their manufacturing process.

4. Use of the method and system described in previous claims to identify and characterize the variables that lead to the appearance of the clouding effect during the stainless steel manufacturing process.