Rilevamento in laboratorio di forme di vetro piano utilizzando la sua riflessione

Data: 21 dicembre 2022

Autori: Vlastimil Hotar, Ondrej Matusek e Jan Svoboda

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

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

Il vetro è riflettente in ampi angoli di incidenza. L'utilizzo di questa proprietà per il rilevamento delle forme è l'obiettivo fondamentale della ricerca. Il rilevamento di forme 2D dal vetro piano è un esempio relativamente semplice utilizzato all'inizio della ricerca. La rilevazione si basa su tre fasi: cattura di un oggetto in ampi angoli di incidenza, distorsione da inclusione e altri difetti ottici della scansione e ricostruzione della forma.

I sistemi di visione per il monitoraggio e il controllo nell'industria del vetro vengono applicati soprattutto per il monitoraggio della qualità di articoli in vetro per contenitori, vetri per finestre e vetri per automobili. Le possibilità di applicazione dei sistemi di visione nell'industria del vetro riguardano principalmente: conteggio di prodotti, misurazione e monitoraggio della qualità della produzione, riconoscimento della forma, posizionamento e monitoraggio e controllo della produzione tramite feedback. Nonostante un'intensa indagine sulla visione artificiale durata diversi decenni, questo è ancora un ampio campo di ricerca per soluzioni ad alcuni problemi specifici perché il vetro ha proprietà speciali [1]. Il problema principale è la trasparenza del vetro incolore.

I sistemi hanno requisiti diversi per il monitoraggio della fusione del vetro e dei prodotti semilavorati o finali di vetro freddo. Lo schema tipico e generale del sistema di monitoraggio e/o controllo è in Figura 1. Non tutte le apparecchiature menzionate nella figura devono essere utilizzate per l'analisi dei dati di produzione.

Il sistema è generalmente costituito da parti specifiche e per le applicazioni nella produzione del vetro presenta alcuni requisiti specifici:

La ricerca presso il Dipartimento di Macchine e Robotica per la Produzione del Vetro è focalizzata sull'analisi di immagini strutturate utilizzando la dimensione frattale [3]. I dati hanno carattere di immagini digitali e di linee di demarcazione ottenute (ad esempio profili [4], rugosità e linea di demarcazione di luce e ombra). Le analisi vengono applicate ad esempio all'ondulazione che utilizza una riflessione della piastra zebrata [5]. Da questa applicazione nasce l'idea di utilizzare la riflessione per il rilevamento di oggetti in vetro.

Quando la luce si sposta da un mezzo con un dato indice di rifrazione ni (aria) a un secondo mezzo con indice di rifrazione nt (vetro), possono verificarsi sia la riflessione che la rifrazione della luce [6]. Nella Figura 2, un raggio luminoso incidente PO colpisce nel punto O l'interfaccia tra due mezzi di indici di rifrazione ni e nt. Parte del raggio viene riflesso come raggio OQ e parte rifratto come raggio OS. Gli angoli di riflessione e rifrazione dei raggi incidenti rispetto alla normale dell'interfaccia sono indicati come i, r e t. La relazione tra questi angoli è data dalla legge di riflessione:

e la legge di Snell:

La frazione della potenza incidente riflessa dall'interfaccia è data dariflettenzaR e la frazione rifratta è data datrasmissioneT. La quantità di luce riflessa dal materiale sotto incidenza normale (angolo di incidenza θᵢ≈θₜ≈0) è proporzionale al quadrato della variazione dell'indice sulla faccia:

Per il vetro comune in aria, nᵢ = 1 e nₜ = 1,5; quindi viene riflesso circa = 4% della luce. Si noti che la riflessione di un vetro piano avviene sia dal lato anteriore che da quello posteriore e che parte della luce rimbalza avanti e indietro un certo numero di volte tra i due lati. Il coefficiente di riflessione combinata Rg per questo caso è

quando l'interferenza può essere trascurata, Rg = 7,7%. Tuttavia la riflessione è insufficiente per il rilevamento previsto ed è necessario utilizzare un'illuminazione ad alto angolo.

I calcoli di R e T dipendono dalla polarizzazione del raggio incidente. Utilizzando le equazioni di Fresnel (dopo aver semplificato) le equazioni per la luce polarizzata con il campo elettrico della luce perpendicolare al piano del diagramma in Figura 2, la riflettanza R⊥