СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ПРЕЛОМЛЯЮЩИХ ДЕФЕКТОВ
METHOD AND DEVICE FOR DETECTING, IN PARTICULAR, REFRACTIVE DEFECTS

Настоящее изобретение относится к области линейного контроля прозрачных или просвечивающихся сосудов, например, таких как бутылки или флаконы, с целью определения характеристик таких сосудов для контроля их качества.
В частности, задачей настоящего изобретения является осуществление контроля сосудов с целью обнаружения возможных дефектов сосудов, выражающихся в преломлении или отклонении света, например, дефектов типа складки, морщинистости, потертости, волнистости и т.д. В дальнейшем тексте описания такие дефекты будут называться преломляющими дефектами или дефектами преломления.
В промышленном изготовления полых стеклянных сосудов при помощи известных процессов, таких как обжатие-выдувание, выдувание-выдувание, часто отмечается, что толщина стекла локально меняется в стенке сосуда даже при производстве изделий простой геометрии, таких как цилиндрические бутылки. Наружная поверхность, входящая в контакт со стеклодувной формой, как правило, принимает необходимую форму. Поэтому изменения распределения стекла и, следовательно, толщины стенки проявляются в деформациях внутренней поверхности. Если эти изменения является незначительными, они не сказываются ни на прочности, ни на внешнем виде сосудов. С другое стороны, плохое распределение материала приводит к эстетическим дефектам, которые иногда становятся недопустимыми, и даже к дефектам, проявляющимся в недостаточном количестве стекла в некоторых местах. Считывается, что хорошее распределение стекла выражается в равномерном распределении толщины и, следовательно, в почти полной параллельности внутренней и наружной поверхностей в любых местах. В классических методах плохое распределение стекла характеризуют и обнаруживают посредством измерений толщины стекла, которые, как правило, являются точечными или локальными.
Было предложено несколько решений для обнаружения дефектов преломления света. Например, в патенте FR 2794241 была предложена машина, выполненная с возможностью обнаружения дефектов преломления без поворачивания сосуда.
Эта машина содержит конвейер, выполненный с возможностью транспортировки проверяемых сосудов до поста контроля. Пост контроля содержит камеру, находящуюся с одной стороны от конвейера и выполненную с возможностью получения изображения сосуда. Пост контроля содержит также источник света, расположенный с другой стороны от конвейера и связанный со средствами определения силы света с непрерывным циклическим изменением в пространстве между границами темного и светлого в источнике света с коэффициентом изменения, меньшим коэффициента, необходимого для обнаружения дефектов. Благодаря линзовому эффекту, преломляющие дефекты сосуда передают на камеру части светового источника в сжатом виде. Это сжатое изображение светового источника с повышенной степенью изменения силы света улучшает обнаружение преломляющего дефекта за счет увеличения его контраста.
На практике этот метод не позволяет обнаруживать светопреломляющие дефекты с низкой преломляющей способностью.
В другом известном методе, описанном в патенте US 5004909, предложено использовать устройство контроля стенок сосуда, содержащее камеру, позволяющую наблюдать через вращаемый сосуд световой рисунок, состоящий из чередующихся белых и черных полос. Деформацию белых и черных полос анализируют для обнаружения светопреломляющего дефекта.
На практике этот метод оказался очень чувствительным к распределению материала, из которого выполняют сосуды. Действительно, в случае неравномерного, но допустимого распределения стекла преломления, вызываемые наклонами внутренней поверхности, приводят к деформации рисунков, поэтому становится почти невозможно их распознать, измерить и анализировать в изображениях. Следовательно, при таком производстве не представляется возможным отличить преломляющие дефекты сосудов от неравномерности толщины стенки сосудов.
Из патентной заявки FR 2907553 известны также способ и устройство, содержащее источник света, управляемый таким образом, чтобы обеспечивать первый тип однородного освещения и второй тип освещения, образованный чередующимися темными и светлыми зонами с прерывистым пространственным изменением. Это устройство содержит также средства получения изображения изделий, освещаемых первым и вторым типом освещения, с целью обнаружения соответственно дефектов с сильным контрастом и дефектов со слабым контрастом.
Если такое устройство позволяет обнаруживать два типа дефектов при помощи единственного источника, то оно затрудняет обнаружение некоторых типов преломляющих дефектов в основном по причине съемки только одного изображения при втором типе освещения. Действительно, дефекты сильной контрастности обнаруживаются при источнике однородного света. Дополнительно малоконтрастные дефекты обнаруживаются при помощи единственного изображения, полученного, когда источник имеет чередующиеся черные и белые полосы с четкими краями, то есть с прерывистым изменением. В этом изображении анализируют деформации четких краев рисунка с полосами, а также локальные контрасты, производимые преломляющими дефектами. Если в сосуде имеются перепады толщины, то есть неравномерное распределение стекла, деформации рисунка оказываются значительными и не позволяют эффективно обнаруживать малоконтрастные дефекты.
В патентной заявке FR 2958040 описаны способ и установка для обнаружения присутствия и высоты дефектов в оптическом компоненте, при котором производят периодический световой рисунок, передаваемый через оптический компонент, последовательно при просвечивании через компонент снимают изображения периодического рисунка, смещаемого по фазе при каждой съемке, вычисляют фазовые изображения на основании этих последовательных изображений и анализируют указанные фазовые изображения для определения присутствия дефектов.
На практике этот способ не подходит для линейного контроля прозрачных или просвечивающихся сосудов, перемещающихся с высокой скоростью между световым источником и системой, так как он требует длительной остановки проверяемых изделий для обеспечения съемки нескольких изображений.
Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков известных решений и на создание нового способа линейного контроля прозрачных или просвечивающихся сосудов, позволяющего обнаруживать, по меньшей мере, светопреломляющие дефекты, независимо от равномерности распределения материала.
Изобретение направлено на создание способа, позволяющего контролировать сосуды, перемещающиеся на конвейере с высокой скоростью, с целью надежного обнаружения, по меньшей мере, светопреломляющих дефектов, а также, по меньшей мере, определять качество распределения материала сосуда.
1
Для достижения этой задачи объектом изобретения является способ линейного контроля прозрачных или просвечивающихся сосудов, перемещающихся по определенной траектории F с высокой скоростью между световым источником и системой съемки изображений сосудов и анализа полученных изображений с целью определения характеристик сосудов.
Согласно изобретению:
1
- освещают каждый сосуд, перемещающийся с высокой скоростью, при помощи светового источника с изменением силы света в соответствии с периодическим рисунком с периодом Т, по меньшей мере, в первом направлении изменения,
- для каждого сосуда производят съемки в количестве N, превышающем или равном трем, изображений сосуда, движущегося перед световым источником и занимающего соответственно N разных положений вдоль траектории движения,
- между каждой съемкой изображения производят относительное смещение между сосудом и периодическим рисунком в направлении изменения периодического рисунка,
- определяют и применяют геометрическую трансформацию, по меньшей мере, в N-1 изображениях одного сосуда, по меньшей мере, для одной совокупности точек, принадлежащих к сосуду, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в N последовательных изображениях этого сосуда,
- для каждого сосуда на основании N скорректированных изображений сосуда формируют фазовое изображение,
- анализируют фазовое изображение, чтобы определить на его основании в качестве характеристики сосуда, по меньшей мере, присутствие светопреломляющего дефекта или качество распределения материала сосуда.
В дальнейшем тексте описания фазовым изображением будет обозначаться изображение, то есть двухмерная таблица значений пикселей, при этом указанные значения выражают фазу изменения уровня серого в пикселе между N последовательными изображениями. Отклонение света под влиянием преломления при прохождении через сосуды приводит к смещению указанной фазы. Таким образом, фазовое изображение содержит информацию, количественно характеризующую преломляющую способность просвечиваемых сосудов.
Точно так же изображением силы света в дальнейшем тексте описания будет обозначаться изображение, то есть двухмерная таблица значений пикселей, при этом указанные значения выражают значение силы света. Изображение силы света содержит информацию, количественно характеризующую поглощение просвечиваемыми сосудами в зависимости от их природы и цвета.
Разумеется, в реальности преломление может оказывать влияние на изображение силы света, но это влияние невозможно измерить точно.
Преимуществом настоящего изобретения является возможность характеризовать распределение материала сосудов при помощи распределения и интенсивности преломлений, происходящих по причине недостаточной параллельности внутренней и наружной сторон стенки, иначе говоря, по причине наведенных призменных эффектов или, более конкретно, по причине наличия наклонов между внутренней и наружной поверхностями сосудов.
Способ контроля в соответствии с изобретением имеет также в комбинации один и/или другой из следующих дополнительных отличительных признаков:
- на основании N скорректированных изображений сосуда для каждого сосуда формируют изображение силы света и анализируют изображение силы света, чтобы вывести на его основании в качестве характеристики сосуда присутствие светопоглощающего дефекта и/или его размеры,
- для анализа фазового изображения определяют скорость и/или амплитуду изменения и сравнивают указанные скорости и/или амплитуды с порогами, чтобы определить присутствие светопреломляющего дефекта или качество распределения материала сосуда,
- в варианте осуществления:
2
- освещают каждый контролируемый сосуд при помощи светового источника с изменением силы света в соответствии с периодическим рисунком с периодом Т во втором направлении изменения, отличном от первого направления изменения,
- для каждого сосуда производят съемки в количестве N, превышающем или равном трем, дополнительных изображений сосуда, движущегося перед световым источником и занимающего соответственно N разных положений вдоль траектории движения,
2
- между каждой съемкой изображения производят относительное смещение между сосудом и периодическим рисунком во втором направлении изменения периодического рисунка с периодом Т,
- для каждого сосуда на основании N скорректированных изображений сосуда формируют второе фазовое изображение,
- анализируют второе фазовое изображение, чтобы определить в качестве характеристики сосуда присутствие светопреломляющего дефекта или качество распределения материала сосуда,
1
2
- выбирают период T, Т периодического рисунка и последовательность съемок изображений таким образом, чтобы относительные смещения рисунка и периодического рисунка в направлении изменения периодического рисунка представляли собой равные доли периода рассматриваемого рисунка,
- осуществляют относительное смещение между периодическим рисунком и сосудами за счет движения сосудов относительно остающегося неподвижным периодического рисунка,
- осуществляют относительное смещение между периодическим рисунком и сосудами, обеспечивая смещение периодического рисунка между каждой съемкой изображения,
- съемки изображений и/или смещение рисунка освещения начинают в зависимости от положения движущихся сосудов относительно системы съемки изображений, чтобы получить заранее определенные смещения,
- выбирают периодический рисунок, имеющий в направлении изменения синусоидальную функцию уровня излучаемого света,
- выбирают прямолинейный периодический рисунок.
Согласно заявленному способу, для каждого сосуда на основании N скорректированных изображений сосуда формируют так называемое изображение силы света и анализируют изображение силы света, чтобы вывести из него в качестве характеристики сосуда присутствие светопоглощающего дефекта и/или его размеры. Для вычисления изображения силы света необходимо для каждой точки, принадлежащей к сосуду, учитывать N значений уровня серого в пикселе, совпадающем в каждом из скорректированных N изображений, затем определяют результирующую силу света, используя, например, максимум и предпочтительно сумму или среднее из N значений. Полученная таким образом сила света в изображении в основном зависит от поглощения света сосудом. Таким образом, можно правильно определить светопоглощающие дефекты, такие как включения или загрязнения. Это изображение силы света эквивалентно изображению, которое можно было бы получить при помощи однородного источника света, то есть который не имеет периодического рисунка и который обычно используют для контроля прозрачных сосудов. Таким образом, изобретение позволяет оптимально определять характеристики, связанные с преломлением, при помощи анализа фазового изображения, и характеристики, связанные с поглощением, при помощи анализа изображения силы света.
Другим объектом изобретения является установка для линейного контроля прозрачных или просвечивающихся сосудов с целью определения характеристик сосудов, содержащая средства транспортировки движущихся сосудов через пост контроля, включающий в себя, по меньшей мере, один световой источник, расположенный с одной стороны от движущихся сосудов, и, по меньшей мере, одну систему съемки изображений сосудов, расположенную с другой стороны от сосудов, и блок анализа полученных изображений.
Согласно изобретению:
1
- световой источник имеет изменение силы света в соответствии с периодическим рисунком с периодом Т, по меньшей мере, в первом направлении изменения,
- система съемки изображений выполнена с возможностью осуществления съемок в количестве N, превышающем или равном трем, изображений каждого сосуда, находящегося перед световым источником, осуществляя относительное смещение между сосудом и периодическим рисунком в направлении изменения периодического рисунка,
- блок контроля и анализа содержит:
- средства для определения и применения геометрической трансформации, по меньшей мере, в N-1 изображениях одного сосуда, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в скорректированных таким образом N последовательных изображениях этого сосуда,
- средства вычисления, по меньшей мере, одного фазового изображения на основании N скорректированных изображений сосуда,
- средства анализа фазовых изображений, чтобы определить на их основании в качестве характеристики сосуда, по меньшей мере, присутствие светопреломляющего дефекта или качество распределения материала сосуда.
Установка контроля в соответствии с изобретением имеет также в комбинации один и/или другой из следующих дополнительных отличительных признаков:
- блок контроля и обработки содержит также средства вычисления, по меньшей мере, одного изображения силы света на основании N скорректированных изображений сосуда, полученных от первой системы съемки изображений, и средства анализа изображений силы света, чтобы вывести на их основании в качестве характеристики сосуда присутствие светопоглощающего дефекта и/или его размеры,
- для обнаружения дефекта, изменяющего состояние поляризации света, установка контроля содержит:
- фильтр, установленный между сосудами и световым источником, линейно поляризующий свет в первом направлении поляризации или по окружности в первом направлении вращения поляризации,
- вторую систему съемки изображений, выполненную с возможностью осуществления съемок в количестве N, превышающем или равном трем, изображений каждого сосуда, находящегося перед световым источником,
- фильтр, установленный между сосудами и второй системой съемки изображений, линейно поляризующий свет в направлении поляризации, ортогональном к первому направлению, или по окружности в направлении вращения поляризации, противоположном первому направлению,
- блок контроля и обработки содержит:
- средства для определения и применения геометрической трансформации, по меньшей мере, в N-1 изображениях одного сосуда, полученных от второй системы съемки изображений, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в скорректированных таким образом N последовательных изображениях этого сосуда,
- средства вычисления, по меньшей мере, одного изображения силы света на основании N скорректированных изображений сосуда, полученных от второй системы съемки изображений,
- средства анализа изображения силы света, чтобы определить на его основании в качестве характеристики сосуда присутствие дефекта, изменяющего состояние поляризации света,
- периодический рисунок светового источника является неподвижным, поэтому относительное смещение между периодическим рисунком и сосудами осуществляют посредством перемещения сосудов относительно периодического рисунка,
- периодический рисунок светового источника смещают между каждой съемкой изображения для осуществления относительного смещения между периодическим рисунком и сосудами,
- периодический рисунок светового источника располагают таким образом, чтобы изменение силы света происходило, по меньшей мере, в направлении, параллельном направлению движения сосудов,
- световой источник выполнен с возможностью получения периодического рисунка, имеющего в направлении изменения синусоидальную функцию уровня излучаемого света,
- система съемки изображений связана со средствами синхронизации, которые приводятся в действие в зависимости от относительного положения сосудов по отношению к периодическому рисунку светового источника,
- блок контроля и обработки управляет световым источником таким образом, чтобы периодический световой рисунок смещался в данном направлении при каждой съемке.
Другие признаки будут более очевидны из нижеследующего описания вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид сверху машины контроля, в которой применяют способ в соответствии с изобретением.
Фиг. 2-4 - вид в плане световых источников в соответствии с изобретением с изменениями силы света соответственно в вертикальном, наклонном и горизонтальном направлениях.
Фиг. 5-7 - примеры изображений светового источника с неподвижным периодическим рисунком, последовательно снятых через линейно перемещающийся сосуд.
Фиг. 8 - пример трех изображений, к которым применили операцию коррекции.
Фиг. 9А - пример развернутого, затем производного фазового изображения для выявления светопреломляющего дефекта.
Фиг. 9В - значения сигнала изображения, показанного на фиг. 9А, взятые по столбцу изображения, показанному под обозначением 14.
Фиг. 9С - результат обработки сигнала, показанного на фиг. 9В, при помощи фильтра верхних частот.
1
Как показано на фиг. 1, машина 1 для контроля в соответствии с изобретением содержит средство 2 транспортировки прозрачных или просвечивающихся сосудов 3 по траектории, обозначенной стрелкой F, и именно в линейном горизонтальном направлении в представленном примере. Сосуды 3 перемещаются по положении стоя с высокой частотностью, то есть, как правило, от 50 до 600 изделий в минуту, то есть со скоростью транспортировки, которая может достигать 1.2 м/с. Таким образом, сосуды 3 движутся последовательно с высокой скоростью перед постом 5 контроля.
Пост 5 контроля содержит, по меньшей мере, один световой источник 7, расположенный с одной стороны от средства 2 транспортировки, и, согласно первому варианту выполнения, систему 9 съемки изображений сосудов, расположенную с другой стороны от средства 2 транспортировки. Таким образом, как показано на фиг. 1, каждый сосуд 3 перемещается во время своей транспортировки между световым источником 7 и системой 9, снимающей изображения сосудов 3 во взаимодействии со световым источником 7.
Система 9 съемки изображений содержит, по меньшей мере, одну камеру 11, оснащенную объективом 12 и связанную с блоком 13 контроля и обработки полученных изображений. Блок 13 контроля и обработки обеспечивает съемку и анализ изображений сосудов с целью определения на их основании, по меньшей мере, одной характеристики сосудов. Как будет показано более подробно в дальнейшем тексте описания, этот блок 13 контроля и обработки позволяет определить в качестве характеристики сосудов присутствие светопреломляющего дефекта и/или качество распределения материала сосуда.
Предпочтительно камера 11 выполнена с возможностью съемки изображений сосуда 3 по всей его высоте. Для этого световой источник 7 содержит светоизлучающую поверхность достаточной протяженности, чтобы подсвечивать, по меньшей мере, часть наблюдаемого поля, соответствующего зоне контролируемого сосуда, и, в частности, стенку сосуда по всей ее высоте. Следует отметить, что пост 5 контроля может содержать несколько систем съемки изображений в комбинации со световыми источниками для обеспечения контроля всей или части окружности сосудов во время их перемещения перед постом 5 контроля.
1
1
Согласно признаку изобретения, световой источник 7 меняет силу света в соответствии с периодическим рисунком 7 и выполненным с возможностью передачи через сосуд 3 за счет просвечивания. Световой источник 7 имеет рисунок с периодической силой света и с периодом T, по меньшей мере, в первом направлении D изменения. Периодический световой рисунок 7 светового источника, показанный на фиг. 2-4, соответствует пространственному изменению силы излучаемого света. Таким образом, различные точки светового источника 7 излучают больше или меньше света.
Изменение силы света (или общий контраст) светового источника 7 может простираться от темного уровня до определенного светлого уровня света, по меньшей мере, в первом направлении изменения. Это изменение силы света в этом первом направлении представляет собой периодическую, например, почти синусоидальную и предпочтительно синусоидальную функцию. Можно использовать и не синусоидальную периодическую функцию, но недостатком такого решения является усложнение вычисления фазы и/или необходимость съемки большего количества N изображений, и, следовательно, оно приводит к удорожанию использования изобретения для линейного контроля движущихся прозрачных или просвечивающихся сосудов.
Согласно предпочтительному признаку изобретения, периодический рисунок 7 проявляет в направлении D изменения синусоидальное изменение силы света. Например, как показано на фиг. 4 и 5, поскольку направление является горизонтальным и параллельно оси х, значения силы света или яркости источника в направлении х меняются между минимумом Lo-A и максимумом Lo+A по формуле L(x)=Lo+A sin(ω.x+ϕ), где:
L(x) - сила излучаемого света на оси абсцисс
Lo - средняя сила света
А - амплитуда изменения
ω - импульс
Ф - фаза в х=0
1
1
В примерах, представленных на фиг. 2, 3 и 4, периодический световой рисунок 7 имеет структуру в виде прямолинейных световых полос. На фиг. 2 и 4 световой источник 7 имеет изменение силы света по периодическому рисунку, максимальное в направлении D и нулевое в перпендикулярном направлении прохождения прямолинейных световых полос. Согласно этим примерам выполнения, периодический рисунок имеет синусоидальное изменение силы света в направлении D изменения. Таким образом, световой источник 7 содержит рисунок 7 силы света, состоящий из последовательности чередующихся светлых и темных прямолинейных полос.
В дальнейшем тексте описания направление D изменения силы света рассматривается относительно горизонтального и вертикального направлений в системе координат 0, х, у. В примере, представленном на фиг. 2, направление D изменения силы света светового источника 7 соответствует максимальному изменению силы света, которое является вертикальным (ось у), тогда как в горизонтальном направлении (ось х) сила света светового источника является постоянной. В примере, представленном на фиг. 3, направление D изменения силы света светового источника 7 показано параллельно относительно горизонтального направления (ось х). Направление максимального изменения силы света светового источника образует угол наклона а по отношению к горизонтальному направлению (ось х). В примере, представленном на фиг. 4, направление D изменения силы света светового источника 7 показано параллельно оси х, тогда как в вертикальном направлении (ось у) сила света светового источника 7 является постоянной.
Согласно примерам, показанным на фиг. 2-4, световой источник 7 имеет сетку из световых полос, параллельных только одному направлению. Необходимо отметить, что в варианте световой источник 7 может иметь полосы в нескольких направлениях. Таким образом, световой рисунок 7 может иметь полосы разных форм, таких как криволинейные формы, формы в виде концентричных окружностей, формы в виде шевронов и т.д. Эти усложнения светового рисунка представляют интерес для адаптации чувствительности обнаружения по разным областям изделия, при этом считают, что обнаружение является анизотропным по причине ориентации рисунка.
Световой источник 7 выбирают в основном в зависимости от определяемых характеристик сосуда и в зависимости от формы сосудов, что будет пояснено в описании ниже.
Согласно предпочтительному признаку изобретения, пост 5 контроля может содержать несколько световых источников 7, имеющих периодические рисунки с изменениями силы света в разных направлениях.
1
1
Блок 13 контроля и обработки управляет камерой 11 таким образом, чтобы получать для каждого сосуда 3, находящегося перед световым источником 7, число N изображений, превышающее или равное трем. Для каждого снимаемого изображения сосуд 3 занимает разное положение вдоль траектории движения F. Учитывая непрерывное движение сосудов 3 перед камерой 11, съемка последовательных изображений камерой происходит, когда сосуд 3 занимает разные положения вдоль траектории движения F.
1
1
1
Согласно признаку изобретения, между каждой съемкой изображения в направлении D изменения периодического рисунка 7 происходит относительное смещение между сосудом 3 и периодическим рисунком 7. Как будет пояснено в описании ниже, относительное смещение между сосудом 3 и периодическим рисунком 7 не обязательно должно быть перпендикулярным к полосам.
1
1
1
Согласно первому варианту выполнения, представленному, в частности, на фиг. 5-7, относительное смещение между сосудом 3 и периодическим рисунком 7 происходит за счет перемещения сосудов 3 перед периодическим рисунком 7, который остается неподвижным. Согласно этому предпочтительному примеру выполнения, естественное перемещение сосудов 3 при помощи средства 2 транспортировки используют для осуществления между каждой съемкой относительного пространственного смещения в направлении периодического рисунка между сосудом 3 и периодическим рисунком 7 светового источника 7.
1
1
1
1
1
1
1
2
3
В примере, представленном на фиг. 5-7, используют периодический световой рисунок 7, показанный на фиг. 4. Периодический рисунок 7 располагают относительно сосуда 3 таким образом, чтобы направление изменения силы света светового рисунка 7 было параллельным направлению движения F сосуда 3. В примере, представленном на фиг. 5-7, относительное смещение между сосудом 3 и периодическим рисунком 7 считается горизонтальным, учитывая, что траектория перемещения сосудов 3 считается горизонтальной и проходит в направлении D изменения периодического рисунка 7. На фиг. 5-7 показаны последовательно снятые три изображения I, I, I одного сосуда во время его перемещения перед постом 5 контроля. На фиг. 5-7 сосуд 3 показан в виде его контура или его огибающей С.
1
2
3
1
1
1
Сравнительный анализ изображений I, I, I, показанных соответственно на фиг. 5-7, позволяет сделать вывод, что сосуд смещается в направлении перемещения F сосуда от одного изображения к другому перед периодическим рисунком 7, который остается неподвижным. Действительно, контур С сосуда 3 сместился (вправо) на трех последовательных изображениях на фиг. 5-7 с учетом направления перемещения F сосуда.
1
1
1
1
Следует отметить, что, когда сосуд 3 перемещается по горизонтальной траектории, можно использовать световой источник 7 с периодическим рисунком 7, отличным от рисунка, показанного на фиг. 4. Так, можно использовать световой источник 7, показанный в примере на фиг. 3. Согласно этому же примеру, периодический рисунок 7 располагают относительно сосуда 3 таким образом, чтобы направление D изменения силы света светового рисунка 7 было параллельным относительно направления перемещения F сосуда 3. Таким образом, между каждой съемкой изображения происходит относительное смещение между сосудом 3 и периодическим рисунком в направлении D изменения периодического рисунка, показанном на фиг. 3.
1
1
1
1
1
С другой стороны, световой источник 7, показанный на фиг. 2, нельзя использовать, если такой световой источник является неподвижным, тогда как сосуд перемещается в направлении перемещения F. Между каждой съемкой изображения не происходит относительного смещения между сосудом 3 и периодическим рисунком 7 в направлении изменения периодического рисунка. Действительно, световой источник 7, показанный на фиг. 2, имеет постоянную силу света в направлении перемещения F сосуда 3. Следовательно, необходимо располагать периодический рисунок 7 светового источника таким образом, чтобы в направлении движения сосудов 3 периодический рисунок 7 имел периодическое изменение силы света.
1
1
1
1
Согласно второму варианту выполнения, относительное смещение между сосудом 3 и периодическим рисунком 7 осуществляют в направлении изменения периодического рисунка за счет смещения периодического рисунка 7 между каждой съемкой изображения и за счет перемещения сосудов 3 перед периодическим рисунком 7. Согласно этому второму варианту выполнения, сосуд 3 поступательно перемещают перед световым источником, и периодический рисунок 7 смещают между каждой съемкой изображения.
1
В случае, когда перемещение периодического рисунка 7 осуществляют в горизонтальном направлении (ось x), можно использовать световой источник, показанный на фиг. 3. Световой источник, показанный на фиг. 3, можно использовать со смещением периодического рисунка вдоль оси х или вдоль оси y.
1
2
1
Разумеется, можно предусмотреть перемещение периодического рисунка 7 в направлении перемещения, отличном от горизонтальной оси, чтобы можно было использовать световой источник 7, показанный на фиг. 2. Так, световой источник 7, показанный на фиг. 2, можно использовать в случае, когда направление перемещения F светового рисунка 7 является вертикальным направлением (ось у), то есть параллельным направлению изменения периодического рисунка.
1
Смещение периодического рисунка светового источника 7 можно осуществлять любым соответствующим способом. Так, можно управлять точечными источниками освещения, такими как электролюминесцентные диоды. Можно также использовать экран типа жидкокристаллического, который располагают перед однородным световым источником и на котором создают периодический световой рисунок 7, или можно освещать спереди или подсвечивать сзади экран при помощи видеопроектора.
1
Блок 13 контроля и обработки получает при просвечивании через каждый сосуд 3 и при помощи камеры 11, по меньшей мере, три и предпочтительно пять изображений сосуда, в которых отображается относительное смещение между сосудом и периодическим рисунком в направлении D изменения периодического рисунка. Таким образом, для каждого сосуда 3 блок 13 контроля и обработки располагает, по меньшей мере, тремя изображениями, в которых периодический рисунок 7 смещен по фазе относительно сосуда.
Блок контроля и обработки определяет и применяет геометрическую трансформацию в этих, по меньшей мере, N-1 изображениях одного и того же сосуда, по меньшей мере, для совокупности точек, принадлежащих к сосуду, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в N последовательных изображениях этого сосуда.
При этом для каждого сосуда 3 на основании N изображений этого сосуда 3 блок 13 контроля и обработки формирует единое фазовое изображение, как описано, например, в патенте ЕР 1980843. Разумеется, при помощи различных методов можно произвести также вычисление фазового изображения для каждого сосуда 3 на основании N изображений сосуда.
1
2
3
Для вычисления фазового изображения сосуда необходимо для каждой точки, принадлежащей к сосуду, учитывать N значений пикселя, совпадающего в каждом из N изображений (например, I, I и I, если N=3), затем определить фазу, по меньшей мере, каждой точки сосуда на основании N значений серого, взятых в N изображениях, при этом указанные значения изменяются при относительном смещении периодического рисунка и сосуда, и вычисленные значения фаз не зависят от отклонений или преломлений оптического луча, исходящего от рассматриваемой точки сосуда.
Следует отметить, что, поскольку сосуд 3 является подвижным и поле камеры является постоянным во время N съемок, то сосуд 3 находится в разных положениях на последовательно снятых N изображениях и, следовательно, смещен по причине движения изделий в поле. Для каждой точки сосуда, чтобы получить N значений пикселя в N изображениях, следует совместить указанные пиксели, принадлежащие к сосуду, в N последовательных изображениях. Таким образом, согласно изобретению, по меньшей мере, в N-1 изображениях одного сосуда локализуют сосуд или его контур С, определяют и затем применяют геометрическую трансформацию, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в N последовательных изображениях одного сосуда.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
На фиг. 8 представлен пример, иллюстрирующий коррекцию или совмещение пикселей, принадлежащих к одному сосуду, в трех последовательных изображениях I, I, I. Сравнительный анализ трех изображений I, I, I, показанных на фиг. 8 в левой части, позволяет констатировать, что контур С сосуда или одна и та же точка Р сосуда сместилась в изображениях I, I, I вправо. Иначе говоря, в изображениях I, I, I точка Р имеет разные координаты.
1
2
3
В правой части фиг. 8 показаны три изображения после операции коррекции R или совмещения пикселей, принадлежащих к сосуду. Эта операция позволяет произвести центровку контура С и, следовательно, точки Р в трех изображениях I, I, I, в которых точка Р имеет одинаковые координаты.
Таким образом, блок 13 контроля и обработки содержит средства для определения и применения геометрической трансформации, по меньшей мере, в N-1 изображениях одного сосуда, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в N последовательных изображениях этого сосуда.
После осуществления этой коррекции для каждой точки сосуда изменение ее уровня серого в N изображениях известно и соответствует относительному смещению рисунка. Следовательно, можно вычислить фазу каждой точки сосуда. Указанная геометрическая трансформация включает в себя, по меньшей мере, одно поступательное движение. Указанную геометрическую трансформацию можно определить заранее или вычислить для каждого изображения на основании локализации сосудов в изображениях.
Указанную геометрическую трансформацию можно применять для всего изображения I, для прямоугольной или не прямоугольной области, включающей в себя изображение сосуда, или только для пикселей, принадлежащих к сосуду, то есть для области изображения, образованной контуром С, как показано на фиг. 5-7.
Одно из решений обеспечения коррекции изображений состоит в том, что путем калибровки в случае, когда физическое смещение сосуда между изображениями известно, вычисляют перемещение пикселей в изображении и поступательно смещают изображения на значение этого перемещения.
Другое решение состоит в автоматическом обнаружении в N изображениях соответствующих неподвижных точек на сосудах (например, на краях) и в определении геометрической трансформации, позволяющей скорректировать эти соответствующие точки, и в применении этой же трансформации для всего сосуда или изображения.
На основании N изображений, полученных и скорректированных для одного сосуда, вычисляют фазовое изображение, как было указано выше. Для каждого сосуда блок 13 контроля и обработки располагает N изображениями, разделенными путем смещения фаз, которое предпочтительно является постоянным. Алгоритм вычисления фазы применяют отдельно для каждой точки сосуда. Выбор алгоритма вычисления фазы среди различных имеющихся алгоритмов зависит, в частности, от сосуда, от периодического рисунка, от скорости вычисления, от требуемой точности и т.д.
Необходимо отметить, что после операции формирования фазового изображения для каждого сосуда можно предусмотреть факультативную операцию развертывания фазы. Действительно, с учетом периодичного характера светового источника 7 полученная фаза тоже проявляется периодически, поэтому ее определяют только между -π и π. Можно предусмотреть развертывание фазы, чтобы устранить скачки 2π, для получения абсолютной фазы. На фиг. 9А показан пример указанного производного абсолютного фазового изображения.
Затем блок 13 контроля и обработки осуществляет анализ каждого фазового изображения и, в частности, изменений фазы, чтобы вывести на его основании, по меньшей мере, одну характеристику сосуда 3. Согласно первому варианту выполнения, анализ фазового изображения состоит в определении скорости и/или амплитуды изменения сигнала в фазовом изображении и в сравнении скоростей и/или амплитуд с порогами с целью определения наличия светопреломляющего дефекта или качества распределения материала сосуда. Обработку каждого фазового изображения можно производить различными известными методами. Например, можно отслеживать локальные изменения (или смещения) фазы, например, сравнивая фазу каждой точки изображения с фазами соседних точек. Другим методом является вычисление в любой точке крутизны изменения фазы и сравнение результата в любой точке с пороговым значением. Вычисление этой крутизны изменения можно осуществлять в одном или нескольких соответствующих направлениях.
Если изменение фазы является быстрым и имеет амплитуду, превышающую заданный порог, из этого можно вывести, по меньшей мере, одну характеристику сосуда, а именно присутствие светопреломляющего дефекта. Если изменение фазы является медленным и имеет амплитуду, превышающую заданный порог, из этого можно вывести, по меньшей мере, одну другую характеристику сосуда, а именно плохое распределение материала сосуда.
Согласно второму варианту выполнения, осуществляют частотный анализ фазового изображения, позволяющий выбирать изменения в зависимости от их пространственной частоты и, следовательно, обнаруживать присутствие преломляющих дефектов и даже определять качество поверхности стекла по амплитуде высоких частот и качество распределения материала по амплитуде низких частот.
Изменения фазы напрямую зависят от отклонений или преломлений света сосудом под влиянием преломляющих дефектов и распределения стекла.
1
1
На фиг. 9А показан пример развернутого и затем производного фазового изображения, позволяющего выявить светопреломляющий дефект. На этом изображении на фиг. 9А позицией 15 обозначено присутствие складки на сосуде. Позиция 16 показывает медленные изменения фазы, связанные с отклонением света по причине неравномерного распределения стекла и проявляющиеся в виде светлых и темных областей.
1
2
2
Преломляющий дефект, то есть складку 15 в рассматриваемом примере, легко локализовать по сигнатуре 15, появляющейся в сигнале изображения, показанного на фиг. 9В и взятого в столбце изображения, помеченном позицией 14. В этом сигнале изображения, взятом в столбце 14, можно обнаружить медленные изменения, связанные с неравномерным распределением стекла, которые показаны позицией 16 в сигнале на фиг. 9В.
1
3
На фиг. 9С представлен результат обработки сигнала, показанного на фиг. 9В, при помощи фильтра верхних частот. Дефект 15, проявляющийся в изображении на фиг. 9А, можно легко обнаружить в сигнале, показанном на фиг. 19С (позиция 15), так как локальные изменения в сигнале имеют большую амплитуду.
3
3
В этом сигнале, показанном на фиг. 9С, позицией 16 обозначены медленные изменения, связанные с неравномерным распределением стекла. Следует отметить, что неравномерность распределения стекла не мешает обнаружению преломляющего дефекта, так как это неравномерное распределение стекла не приводит к изменениям сигнала, как показано на уровне обозначения 16.
1
1
Необходимо иметь в виду, что периодический рисунок 7 наблюдают через сосуды, то есть для центральной зоны, через четыре последовательные границы раздела: воздух-стекло, стекло-воздух, воздух-стекло и стекло-воздух, соответствующие четырем поверхностям: наружной, внутренней, внутренней и наружной, через которые проходит свет. Эти поверхности не являются равномерно параллельными между собой по причине неравномерного распределения материала и присутствия поверхностных дефектов, пузырьков и т.д., поэтому они отклоняют свет наподобие призм. Периодический световой рисунок 7 оказывается по этой причине деформированным, когда его наблюдают через прозрачный сосуд. В отличие от способов, предназначенных для обнаружения только деформаций рисунков и появления внутри рисунков точек или зон локального контраста, смещение фазы позволяет вычислить фазу, которая является измерением отклонений, которым подвергаются световые лучи, что обеспечивает точный и дискриминирующий анализ, позволяющий характеризовать преломляющую способность дефектов и качество распределения материала.
2
В описанных выше примерах каждый сосуд освещали при помощи светового источника с изменением силы света в направлении D изменения. Согласно другому варианту выполнения, можно освещать каждый сосуд при помощи источника света с изменением силы света согласно периодическому рисунку с периодом Т во втором направлении изменения, отличном от первого направления D изменения. Так, например, можно освещать каждый сосуд при помощи световых источников, содержащих периодические рисунки, показанные на фиг. 2 и 4. Согласно этому варианту осуществления, способ в соответствии с изобретением содержит следующие этапы:
2
- для каждого сосуда производят съемки в количестве N, превышающем или равном трем, дополнительных изображений сосуда, движущегося перед световым источником с периодическим рисунком с периодом Т и занимающего соответственно N разных положений вдоль траектории движения,
2
- между каждой съемкой изображения производят относительное смещение между сосудом и периодическим рисунком во втором направлении изменения периодического рисунка с периодом Т,
- для каждого сосуда на основании N изображений изделия формируют второе фазовое изображение,
- анализируют второе фазовое изображение, чтобы обнаружить изменения фазы, превышающие или меньшие определенного порога, и на их основании сделать вывод о присутствии дефекта сосуда.
1
1
Согласно предпочтительному признаку, период периодического рисунка 7 и с одной стороны, и последовательность съемок изображений и/или смещение рисунка на управляемом источнике, с другой стороны, выбирают таким образом, чтобы относительные смещения сосуда 3 и периодического рисунка 7 в направлении изменения периодического рисунка представляли собой разложение на равные доли периода рассматриваемого периодического рисунка. Например, в варианте, в котором относительное смещение рисунка по отношению к сосуду происходит только за счет движения изделий, и в случае съемки пяти изображений (N=5), каждое изображение снимают со смещением на одну пятую периода периодического рисунка 7, то есть перемещение между каждой съемкой изображения равно одной пятой указанного периода.
1
Согласно предпочтительному признаку, блок 13 контроля и обработки управляет световым источником 7. Блок 13 контроля и обработки может управлять световым источником 7 таким образом, чтобы смещать периодический световой рисунок 7 в данном направлении при каждой съемке изображения. Для этого он может использовать, например, ЖК-экран, видеопроектор, схемы электролюминесцентных диодов или любой соответствующий световой источник.
Согласно признаку варианта выполнения изобретения, блок 13 контроля и обработки запускает съемки в зависимости от точного положения сосуда перед световым источником 7. Для этого блок 13 контроля и обработки может быть связан с датчиками присутствия и/или перемещения, такими как фотоэлементы и инкрементные кодеры.
Согласно второму варианту выполнения поста контроля, блок 13 контроля и обработки содержит также средства вычисления, по меньшей мере, одного изображения силы света на основании N скорректированных изображений сосуда, полученных от системы 9 съемки изображений, и средства анализа изображений силы света для выведения на их основе в качестве характеристики сосуда 3 присутствия светопоглощающего дефекта и/или размеров сосуда.
Согласно третьему варианту выполнения, пост контроля содержит фильтр, установленный между сосудами 3 и световым источником 7 и линейно поляризующий свет в первом направлении поляризации или по окружности в первом направлении вращения поляризации. Пост контроля содержит также вторую систему 9 съемки изображений, аналогичную первой системе съемки изображений и выполненную с возможностью осуществления количества N, превышающего или равного трем, изображений каждого сосуда, помещенного перед световым источником. Пост содержит также фильтр, установленный меду сосудами 3 и второй системой съемки изображений, поляризующий линейно свет в направлении поляризации, ортогональном к первому направлению, или по окружности в направлении вращения поляризации, противоположном первому направлению. Согласно этому примеру, блок 13 контроля и обработки также содержит:
- средства для определения и применения геометрической трансформации, по меньшей мере, в N-1 изображениях одного сосуда, полученных от второй системы съемки изображений, чтобы совместить пиксели, принадлежащие к сосуду, в скорректированных таким образом N последовательных изображениях этого сосуда,
- средства вычисления по меньшей мере одного изображения силы света на основании N скорректированных изображений сосуда, полученных от второй системы съемки изображений,
- средства анализа изображения силы света, чтобы определить на его основании в качестве характеристики сосуда 3, по меньшей мере, присутствие дефекта, изменяющего состояние поляризации света.
Действительно, как известно, поляризованный свет используют для обнаружения так называемых стрессовых дефектов, то есть внутренних локальных напряжений в стекле, имеющих термическое или механическое происхождение. Например, во время охлаждения стеклянного сосуда постороннее тело создает напряжения в окружающем его стекле. С учетом двойного лучепреломления стекла, эти напряжения изменяют состояние поляризации света, проходящего через материал. Следовательно, присутствие стрессовых дефектов можно обнаружить, комбинируя поляризованный световой источник, расположенный с одной стороны от сосуда, и наблюдение при просвечивании через поляризующий фильтр, ортогональный к первому фильтру. Специалист сможет легко осуществлять такое же обнаружение при круговой поляризации.
Комбинация различных вариантов выполнения изобретения позволяет использовать только один источник света и только 2 системы съемки изображений, чтобы определить в качестве характеристики сосуда 3 присутствие светопреломляющего дефекта, качество распределения материала сосуда, присутствие светопоглощающего дефекта, присутствие дефекта, изменяющего поляризацию света, и/или размеры сосуда.