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Aug 18, 2023

Detecção laboratorial de formas de vidro plano usando sua reflexão

Data: 21 de dezembro de 2022 Autores: Vlastimil Hotar, Ondrej Matusek e Jan

Data: 21 de dezembro de 2022

Autores: Vlastimil Hotar, Ondrej Matusek e Jan Svoboda

Fonte:MATEC Web Conf., 89 (2017) 01007

DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/20178901007

O vidro é reflexivo em grandes ângulos de incidência. Usar esta propriedade para a detecção de formas é o objetivo básico da pesquisa. A detecção de formas 2D a partir de vidro plano é um exemplo relativamente simples que foi utilizado no início da pesquisa. A detecção é baseada em três etapas: captura de um objeto em grandes ângulos de incidência, distorção de inclusão e outros defeitos ópticos da varredura e reconstrução da forma.

Os sistemas de visão para monitoramento e controle na indústria de vidro são aplicados especialmente para monitoramento de qualidade de produtos de vidro de contêineres, vidros de janelas e vidros automotivos. As possibilidades de aplicações do sistema de visão na indústria vidreira são principalmente: contagem de produtos, medição e monitoramento da produção de qualidade, reconhecimento de forma, posicionamento e monitoramento e controle da produção usando feedback. Apesar de uma intensa investigação de visão de máquina por várias décadas, este ainda é um grande campo de pesquisa para soluções para alguns problemas específicos porque o vidro tem propriedades especiais [1]. O grande problema é a transparência do vidro incolor.

Os sistemas têm requisitos diferentes para monitorar o vidro fundido e os produtos semi-acabados ou finais de vidro frio. O esquema típico e geral de um sistema de monitoramento e/ou controle está na Figura 1. Nem todos os equipamentos citados na figura devem ser utilizados para a análise dos dados de produção.

O sistema geralmente é composto por peças específicas e para aplicações na produção de vidro possui alguns requisitos específicos:

A pesquisa do Departamento de Máquinas de Produção de Vidro e Robótica é focada em análises de imagens estruturadas usando dimensão fractal [3]. Os dados têm um caráter de imagens digitais e linhas divisórias obtidas (por exemplo, perfis [4], rugosidade e a linha divisória de luz e sombra). As análises são aplicadas, por exemplo, em corrugações que utilizam um reflexo de zebra plate [5]. A ideia de usar a reflexão para a detecção de objetos de vidro vem desta aplicação.

Quando a luz se move de um meio de um dado índice de refração ni(ar) para um segundo meio com índice de refração nt (vidro), tanto a reflexão quanto a refração da luz podem ocorrer [6]. Na Figura 2, um raio de luz incidente PO incide no ponto O, a interface entre dois meios de índices de refração ni e nt. Parte do raio é refletida como raio OQ e parte refratada como raio OS. Os ângulos que os raios incidentes refletem e refratam à normal da interface são dados como i, r e t. A relação entre esses ângulos é dada pela lei da reflexão:

e a lei de Snell:

A fração da potência incidente que é refletida da interface é dada pelorefletânciaR e a fração que é refratada é dada portransmitânciaT. A quantidade de luz refletida do material sob incidência normal (ângulo de incidência θᵢ≈θₜ≈0) é proporcional ao quadrado da mudança do índice na face:

Para vidro comum ao ar, nᵢ = 1 e nₜ = 1,5; assim cerca de = 4% da luz é refletida. Observe que a reflexão de um vidro plano ocorre tanto na parte da frente quanto na parte de trás, e que parte da luz é refletida para frente e para trás várias vezes entre os dois lados. O coeficiente de reflexão combinado Rg para este caso é

quando a interferência pode ser desprezada, Rg = 7,7 %. No entanto, a reflexão é insuficiente para a detecção pretendida e deve ser usada iluminação em um ângulo alto.

Os cálculos de R e T dependem da polarização do raio incidente. Usando as Equações de Fresnel (após a simplificação) as equações para a luz polarizada com o campo elétrico da luz perpendicular ao plano do diagrama da Figura 2, a refletância R