ES2378602A1 - Sistema de captura y procesamiento de imagen de perfiles de revoluciã“n en caliente. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de captura y procesamiento de imagen para perfiles de revolución de superficies en caliente (3), que comprende fuentes de iluminación capaces de emitir luz en una longitud de onda diferente a la emitida por la superficie, y que comprende tres sistemas compuestos cada uno por al menos dos fuentes de luz lineales (1) y una cámara CCD (2) lineal correspondiente, estando situados los tres sistemas en un plano perpendicular a la superficie y repartidos en una circunferencia a 120º uno de otro. Gracias al sistema es posible inspeccionar en línea tubos u otras superficies de revolución calientes.

Description

SISTEMA DE CAPTURA Y PROCESAMIENTO DE IMAGEN DE PERFILES DE REVOLUCIÓN EN CALIENTE.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se aplica a sistemas de inspección de objetos a alta temperatura. Más concretamente, se refiere a un sistema para la captura y procesamiento de la imagen, en particular de objetos con perfiles de revolución en caliente, como tubos de acero durante su proceso de laminación o productos de colada continua (perfiles, etc.)

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Durante los procesos de laminación de materiales, en especial de acero, se realizan inspecciones de la superficie de las piezas. Debido a que las superficies calientes presentan una emisión de radiación en las bandas IR, roja, anaranjada y amarilla relacionada con la emisión térmica, la imagen obtenida de dicha superficie aparece difuminada y con grandes dificultades de adquisición, ya que el dispositivo que capta la luz reflejada por la superficie también es sensible a la propia radiación emitida por la pieza y esta satura el sensor. Para atenuar este efecto se recurre a la inspección asistida por cámaras y con fuentes de iluminación en el espectro lejano al de la luz roja emitida por la muestra. Un sistema que emplea este tipo de iluminación se describe en la patente US 6859285 B1.

En el dispositivo descrito en esta patente se dispone de una fuente emisora de radiación electromagnética en una franja de longitud de onda lejana de la correspondiente a la emisión del objeto incandescente. Sin embargo las configuraciones tradicionales de la fuente de iluminación y la cámara como las señaladas en dicha patente provocan brillos y dificultades de iluminación, sobre todo en superficies no planas como perfiles, tubos y superficies de revolución en general. Además estos sistemas no pueden aplicarse a dispositivos de inspección automática en línea que necesitan tomar un número elevado de imágenes, por ejemplo mientras un tubo se desplaza por un tren de laminado.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención tiene por objeto paliar los problemas técnicos citados en el apartado anterior y facilitar la inspección en línea de objetos calientes en forma de tubo u con otras superficies de complejas como las de revolución. Para ello, propone un sistema de captura y procesamiento de la imagen para perfiles de revolución en caliente que comprende fuentes de iluminación capaces de emitir luz en una longitud de onda diferente a la emitida por la superficie y tres sistemas compuestos cada uno por al menos dos fuentes de luz lineales y una cámara CCD lineal correspondiente, estando situados los tres sistemas en un plano perpendicular a la superficie y repartidos en una circunferencia a 120º uno de otro. Opcionalmente, el dispositivo está provisto de un filtro pasa-banda de banda estrecha centrada en la longitud de onda de la luz emitida por el láser y una anchura de banda de 10nm. Se puede incorporar también un filtro de

infrarrojos. El láser es preferentemente del tipo que emite luz azul de unos 473 nm y su línea de emisión tiene una anchura igual o mayor que 3 mm y una apertura angular de 16º. Los láseres y la cámara en cada sistema mantienen una relación angular de 15º con la superficie. En cada sistema la cámara está situada de preferencia, entre las dos fuentes láser. El dispositivo puede además incorporar un sistema de refrigeración que comprende carcasas aisladas térmicamente provistas de medios de inyección de aire a presión adaptada para albergar cada sistema de forma independiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente:

Figura 1.-detalle de las fuentes láser y cámara empleados en un ejemplo de realización preferente de la invención.

Figura 2.- detalle de la posición relativa de los láseres

Figura 3.-gráfica que representa la sensibilidad de una cámara CCD respecto a la longitud de onda.

Figura 4.-gráfica de la transmisión del filtro infrarrojo incorporado en la invención.

Figura 5.- esquema de la colocación de los tres sistemas a 120º.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El dispositivo de la invención puede verse en las Fig. 1, 2 y 5 y comprende tres sistemas (4) con al menos dos fuentes de iluminación (1), preferentemente láser por sus características de potencia, luz coherente y estructurada y monocromaticidad, en una longitud de onda lejana de la correspondiente a la emisión de la superficie a inspeccionar, y una cámara CCD (2) por sistema. El sistema encuentra su aplicación más ventajosa cuando se aplica a tubos de acero en un proceso de laminado. En la Fig. 1 puede verse un tubo situado en el eje de laminación y un sistema con sus dos fuentes de iluminación y cámara correspondiente. Tanto las fuentes de iluminación (al menos 2 aunque podrían ser mas en función de la aplicación) como las cámaras son de tipo lineal. En la configuración ideal los dos láseres están a ambos lados de la cámara para que haya mas potencia lumínica en la zona que mas disipa hacia los laterales del tubo. Las cámaras lineales se utilizan en sistemas de producción continua como en aplicaciones de papel, tela, madera o acero. Una cámara lineal genera una imagen línea a línea de la longitud que el usuario requiera, de forma que se puede generar una imagen sin fin. Con esto se garantiza y simplifica la uniformidad en el sentido del eje de laminación (3), ya que la imagen se forma a partir del movimiento del elemento, de manera que se van captando líneas con idéntica distribución de luz. El enfoque de la iluminación es multipunto. Los láseres y la cámara mantienen una relación angular de unos 15º aproximadamente entre ellos y el eje de laminación de manera que se obtienen máximos de intensidad en las zonas

deseadas. A su vez los láseres tienen una apertura angular de unos 16º y un grosor de línea en la superficie del tubo de unos 3 mm. Con esta disposición se obtiene una distribución uniforme de potencia percibida. Esta distribución, unida a la sensibilidad de las cámaras, proporciona una muy alta calidad de imagen en cada línea, logrando a su vez imágenes procesables de manera automática sobre las 50.000 líneas que componen un tubo medio de diámetro comprendidos entre 140 y 210 mm y longitud que puede superar los 25m. Gracias a la geometría del sistema que incorpora tres sistemas de captación (Fig. 5) colocados en un mismo plano perpendicular al del eje de laminación y repartidos a 120º, es posible captar en tiempo real y de forma continuada el tubo a inspeccionar en su totalidad. Además, con una orientación no normal de los elementos del sistema respecto a la superficie, se puede minimizar la reflexión especular.

Para conseguir una iluminación diferenciable se pueden usar longitudes de onda en las gamas verde (532 nm), azul (473 nm) o violeta (405 nm) del espectro, todas están lo suficientemente alejadas de la emisión del acero caliente. De acuerdo con estas curvas de emisión (temperaturas entre 100ºC y 1500ºC) el violeta sería preferible, seguido del azul y el verde, ya que la emisión del acero es menor en esta banda. Sin embargo hay que considerar otros aspectos, como la sensibilidad de la CCD y el coste de la fuente. En la Fig.3 se muestra la sensibilidad típica de una cámara CCD. Desde el punto de vista de la sensibilidad de la cámara la iluminación en verde tiene ventajas, ya que la potencia de iluminación podría ser menor, pero la desventaja de que se empieza a

solapar con el amarillo de la emisión del acero. En cambio el violeta es la peor opción. En cuanto al precio la iluminación en verde es asimismo preferible a la azul

o violeta. De medidas experimentales se deduce que la iluminación en azul es la preferible, ya que el violeta requiere de mayores potencias de iluminación a causa de la menor sensibilidad de la CCD en esa banda.

Frente a otras posibles alternativas, el láser de 473nm y alta potencia (> 100 mW) es la fuente de preferencia. Es

necesario

definir unos requisitos rigurosos de

estabilidad

para evitar oscilaciones en la potencia de

iluminación

(<5% RMS en 4 horas). La línea láser debe

tener una anchura mínima de 3 mm., con una distribución visualmente uniforme de potencia a lo largo de la línea y una distribución gaussiana en ancho.

El sistema de filtrado está adaptado a la emisión propia del acero al rojo. Comprende un filtro pasa-banda, preferentemente de banda estrecha centrada en 470 nm (para el caso en que se utilice luz azul) y una banda de unos 10nm y un filtro de infrarrojos. Ambos filtros facilitan que la cámara CCD reciba solo la radicación en la franja de longitud de onda deseada y la incorporación de filtros infrarrojos protege además a los sistemas electrónicos de la radicación térmica.

Para proteger los equipos del riesgo térmico y la dureza del entorno se incorpora el sistema (cámara y fuentes) en unas carcasas especiales convenientemente aisladas térmicamente y en las que se inyecta aire a presión de un circuito refrigerado. Este aire ventila los sistemas y el sobrante es expelido por la zona de las ventanas por las

que los láseres proyectan su haz y la cámara capta la imagen, consiguiendo una alta presión en la zona que impide la deposición de cascarilla, óxidos, polvo y líquidos. Además esa corriente de aire mejora el efecto de emborronamiento que causa la transición entre el aire a alta temperatura en las proximidades de la pieza y el aire a temperatura ambiente. En otras aplicaciones se podrían usar soplantes adicionales para este fin.

Una vez registradas las imágenes captadas de la superficie completa de la producción, se procesan las imágenes por medio de un software desarrollado a medida que emplea un sistema de aprendizaje asistido basado en el método estadístico “Support Vector Machine”. Mediante este algoritmo el sistema aprende con ejemplos distintas categorías de defectos, logrando detectar y clasificar automáticamente los defectos más importantes de la producción. Para ello la imagen completa es estudiada en

zonas de interés en las que se obtienen diversos tipos de descriptor (de color o en este caso de nivel de gris como la media, varianza, de textura como estadísticos y estructurales y de forma como área de objetos etc.) y se alimentan a un clasificador basado en el mencionado algoritmos SVM.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

   1.- Dispositivo de captura y procesamiento de imagen para perfiles de revolución de superficies en caliente (3), que comprende fuentes de iluminación capaces de emitir luz en una longitud de onda diferente a la emitida por la superficie, caracterizado porque comprende tres sistemas compuestos cada uno por al menos dos fuentes de luz lineales (1) y una cámara CCD (2) lineal correspondiente, estando situados los tres sistemas en un plano perpendicular a la superficie y repartidos en una circunferencia a 120º uno de otro.
2. 2.- Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado porque comprende un filtro pasa-banda de banda estrecha centrada en la longitud de onda de la luz emitida por el láser y una banda de 10nm.
3. 3.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque incorpora un filtro de infrarrojos.
4. 4.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el láser emite luz azul de unos 473 nm.
5. 5.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la línea de emisión del láser tiene una anchura igual o mayor que 3mm y una apertura angular de 16º.
6. 6.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque cada sistema mantiene una relación angular de 15º con la superficie. 7.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones

   5  anteriores caracterizado porque en cada sistema la cámara está situada entre las dos fuentes láser.
7. 8.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque incorpora un sistema de

   10  refrigeración que comprende carcasas aisladas térmicamente provistas de medios de inyección de aire a presión adaptada para albergar cada sistema de forma independiente.