Настоящее изобретение относится к автоматизированной системе обнаружения стеклокерамических материалов в образце фрагментов стекла или стеклобое. Изобретение относится к области промышленности производства продуктов на основе стекла.
Образцы фрагментов стекла, или стеклобой, используются при изготовлении различных продуктов на основе стекла. Например, в области изоляции обычно используются стекловолокна, получаемые по большей части из стеклянного боя. Стеклобой можно также использовать в производстве бутылок и другой стеклянной тары.
Изготовление стекловолокон реализуется способом, который сначала включает нагревание стеклобоя в стеклоплавильной печи до температуры, достаточной чтобы расплавить стекло, то есть до примерно 1500°C. Затем расплавленное стекло подается в устройство центрифугирования типа волокнообразующего диска, что приводит к образованию волокон, которые шлихтуются на своем пути к конвейеру, на котором они затем сушатся, обжигаются и формируются.
Из-за ошибок сортировки, допускаемых операторами, стеклобой может содержать не только стекло, но и другие материалы, в том числе стеклокерамику. Эта стеклокерамика, свойства которой отличаются от свойств стекла, может приводить к серьезным проблемам в процессах производства продуктов на основе стеклобоя, повреждая станки и/или создавая дефекты в продуктах.
Например, при производстве стекловолокон, упомянутом выше, стеклокерамика, температура плавления которой составляет около 1700°C, не расплавляется в стеклоплавильной печи, в которой стекло плавится при 1500°C. Когда для получения стекловолокон расплавленный материал, выходящий из печи, поступает в устройство внутреннего центрифугирования типа волокнообразующего диска, кусочки стеклокерамики, присутствующие в расплавленном стекле, забивают отверстия в волокнообразующем диске, диаметр которых может быть, в частности, меньше 1 мм. В таком случае необходимо останавливать всю производственную цепочку.
При производстве бутылок и тары из стеклобоя куски стеклокерамики, присутствующие в стеклобое, могут привести к локальной хрупкости получаемых продуктов и/или к проблемам с внешним видом.
Из сказанного выше следует, что существует необходимость в анализе стеклобоя, чтобы можно было точно идентифицировать стеклокерамику среди всех кусков до возможной операции удаления этой стеклокерамики из стеклобоя.
Известны различные способы проведения сортировки стеклобоя, каждый из которых имеет один или несколько недостатков.
Один способ согласно уровню техники заключается в проведении спектрометрического анализа стеклобоя. Однако оборудование, необходимое для проведения спектрометрического анализа, является дорогим и громоздким. Более того, этот тип анализа не позволяет обнаруживать прозрачную стеклокерамику.
Другой способ согласно уровню техники заключается в облучении стеклобоя источником ультрафиолетового излучения и источником видимого света и последующего анализа соответствия между двумя изображениями, полученными методом затенения. Другими словами, одна камера анализирует, является ли изображение стеклобоя, освещенного видимым светом, темным или светлым, то есть пропускает ли стеклобой видимый свет, а другая камера анализирует, является ли изображение стеклобоя, освещенного ультрафиолетом, темным или светлым, то есть обрывает или нет стеклобой эти ультрафиолетовые лучи. В зависимости от результата каждого теста, устройство позволяет классифицировать тип анализируемого стеклобоя. Следует отметить, что этот метод не адаптирован конкретно для стеклокерамики в том смысле, что он может принять за стеклокерамику осколки цветного и/или грязного стекла. Кроме того, этот метод требует нескольких устройств получения изображений, которые могут оказаться дорогими и/или громоздкими.
Существуют также способы обнаружения с помощью рентгеновских лучей, но эти способы требуют принятия очень серьезных мер безопасности из-за постоянного риска облучения.
Настоящее изобретение позволяет устранить эти проблемы, обусловленные присутствием стеклокерамики в стеклобое, особым образом, ограничивая производственные затраты и не подвергая опасности здоровье других.
Изобретение относится к автоматизированной системе обнаружения стеклокерамических материалов в стеклобое, содержащей по меньшей мере один источник белого цвета, по меньшей мере один источник монохроматического ультрафиолетового излучения, каждый из которых ориентирован для излучения в одной и той же зоне облучения, при этом система содержит также устройство получения изображений, предназначенное для получения изображения указанной зоны облучения, и устройство обработки изображений, предназначенное для обработки каждого из изображений, полученных устройством получения изображений, причем устройство обработки изображений содержит модуль колориметрической обработки изображений, способный обеспечить обнаружение стеклокерамики среди других типов стекла.
Для обнаружения стеклокерамики используются два источника света. Источник монохроматического ультрафиолетового излучения представляет собой по меньшей мере один светодиод (LED), испускающий ультрафиолетовое излучение на длине волны примерно 365 нм. Особенностью стеклокерамики является то, что она обрывает ультрафиолетовые лучи, тогда как подавляющее большинство других типов стекла пропускает эти же лучи, которые, следовательно, проходят через их структуру. В частности, для диапазона длин волн от 355 нм до 365 нм стеклокерамика имеет свойство поглощать большую часть ультрафиолетовых лучей. Такое различие свойств объясняется присутствием в стеклокерамике оксидов металлов, в частности, диоксида титана TiO2, особенностью которых является поглощение ультрафиолетовых лучей. Таким образом, разница оптических свойств между стеклокерамикой и другими типами стекла в ультрафиолетовой области является определяющим фактором для обнаружения конкретно стеклокерамики.
Источник белого цвета является полихроматическим, то есть, в отличие от источника монохроматического ультрафиолетового излучения, источник белого цвета испускает световое излучение, объединяющее множество длин волн. Белый цвет находится в видимом диапазоне спектра, при этом диапазон длин волны составляет примерно 400-800 нм. Белый цвет пропускается всеми видами прозрачного стекла, в том числе стеклокерамикой.
Источники света ориентированы так, чтобы испускать световое излучение в одной и той же зоне облучения. Именно комбинация этих световых лучей позволяет оптически отличить стеклокерамику от других типов стекла в стеклобое.
Устройство получения изображений предпочтительно представляет собой ПЗС-камеру, обычно использующуюся для получения изображений в цифровой форме. Как будет описано позднее, устройство получения изображений улавливает световые лучи, испущенные источниками излучения.
Устройство обработки изображений - это алгоритм, который обрабатывает снимки, сделанные устройством получения изображений. Устройство обработки изображений включает в себя модуль колориметрической обработки изображений. Под колориметрической обработкой понимаются любые типы обрабатывающих модулей, позволяющие получить соответствие оттенков цвета, появляющихся на изображении, полученном в виде цифровых или буквенных данных.
Согласно одной характеристике изобретения, модуль колориметрической обработки изображений обрабатывает снимки, полученные устройством получения изображений, учитывая всего один параметр колориметрической модели из трех. Большинство колориметрических моделей осуществляет преобразование цветового оттенка в три элемента данных, позволяющих определить каждый из цветов в заданном цветовом спектре. Изобретения отличается тем, что оно способно детектировать цветовые оттенки, исходя из единственного параметра из трех. Таким образом, анализ, проводимый в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает лучшую эффективность, например, в случае потенциального обнаружения в конвейерном производстве.
Согласно одной характеристике изобретения, модуль колориметрической обработки изображений является модулем колориметрической обработки изображений по модели HSV и обрабатывает снимки, полученные устройством получения изображений, с учетом только параметра H из модели HSV.
Цветовое пространство HSV является акронимом, означающим Hue-Saturation-Value (тон-насыщенность-значение цвета). Каждый из этих трех членов позволяет определить любой цветовой оттенок в видимой области спектра.
Тон является параметром, который можно представить в виде круга и который задается диапазоном данных от 0 до 360°. Каждый градус соответствует одному тону, согласно следующей таблице:
Насыщенность является параметром, меняющимся в пределах от 0 до 1, этот параметр отражает понятие количества цвета. Насыщенность, приближающаяся к 0, будет наиболее слабой, тогда как насыщенность, приближающаяся к 1, будет более насыщенной.
Значение (цвета) также является параметром, меняющимся в пределах от 0 до 1, этот параметр отражает понятие блеска или яркости. Любой параметр со значением 0 ассоциируется с черным цветом. Чем ближе значение к 1, тем светлее будет соответствующий цвет.
Совокупность разных параметров HSV может быть представлена конусом вращения, внутри которого все оттенки видимого света могут быть преобразованы в параметры модели HSV и все соответствуют точке на поверхности этого конуса вращения. "Тон" соответствует длине окружности конуса, "насыщенность" соответствует радиусу конуса, а "значение" соответствует высоте конуса.
Модуль колориметрической обработки изображений обрабатывает по модели HSV снимки, полученные устройством получения изображений, с учетом только одного параметра модели HSV, более конкретно только параметра H этой модели HSV. Как упоминалось выше, модель HSV соответствует совокупности трех параметров. Тем не менее, авторы настоящего изобретения продемонстрировали с помощью различных тестов, что только тон H является параметром, представляющим интерес при анализе стеклобоя посредством настоящей системы обнаружения. Это позволяет настроить систему обнаружения для расчета только параметра "тон" H модели HSV и, таким образом, рассчитывать всего один элемент данных вместо трех, что повышает скорость выполнения и, следовательно, эффективность системы.
Согласно одной характеристике изобретения, зона облучения включает отражающую поверхность, на которой находится стеклобой и которая освещается одновременно двумя типами источников света. Испущенные одновременно световые лучи улавливаются устройством получения изображений, находящимся с той же стороны от отражающей поверхности, что и источники света.
Источники света одновременно проецируют свое излучение на стеклобой, когда он находится в зоне облучения источниками света. Таким образом, последний освещается ультрафиолетовыми лучами и лучами белого света. Именно это одновременное излучение позволяет системе обнаружения отличить стеклокерамику от других типов стекла.
Когда источники света испускают свои лучи одновременно, стеклобой находится как в зоне облучения источниками света, так и в плоскости захвата устройства получения изображений. Отражающая поверхность отражает падающие на нее лучи, испущенные источниками света, направляя эти световые лучи в сторону устройства получения изображений. Такая конфигурация позволяет размещать источники света и устройство получения изображений с одной стороны от отражающей поверхности и, таким образом, ограничивать механические габариты системы.
Согласно одной характеристике изобретения, лучи от источника монохроматического ультрафиолетового излучения проходят через полосовой фильтр, центрированный на длине волны 365 нм. Этот полосовой фильтр пропускает только световое излучение с длиной волны, равной 365 нм. Хотя источник монохроматического ультрафиолетового излучения теоретически рассеивает только на 365 нм, возможно, он испускает паразитное ультрафиолетовое излучение, которое может исказить обработку получаемого позднее изображения. Фильтр нижних частот позволяет устранить эти паразитные лучи, исходящие от источника монохроматического ультрафиолетового излучения и не имеющие длины волны 365 нм, чтобы гарантировать чисто монохроматическое световое излучение. В более общем смысле, полосовой фильтр, центрированный на длине волны 365 нм, обеспечивает монохроматическое излучение даже в случае, когда УФ-источник излучает в некотором диапазоне длин волны, а не является базовым источником монохроматического излучения.
Согласно одной характеристике изобретения, световые волны, излучаемые по меньшей мере источником белого света, обрабатываются блоком перекрестных поляризатора и анализатора до того, как они будут уловлены устройством получения изображений.
Если источник белого цвета имеет слишком большую яркость, устройство получения изображений будет захватывать "паразитный шум". Этот шум соответствует отражениям света такой интенсивности, что полученное изображение будет сложно анализировать, потому что некоторые слишком яркие отраженные лучи могут скрывать часть фрагментов стеклобоя из-за своего блеска.
Чтобы устранить эту проблему "шума", в системе установлен блок поляризатор-анализатор. Поляризатор помещается перед источником белого цвета, тогда как анализатор помещается перед объективом устройства получения изображений.
Согласно одной характеристике изобретения, система обнаружения содержит конвейер, предназначенный для проведения стеклобоя через зону облучения источниками света.
Хотя стеклобой можно анализировать в статическом режиме, можно предусмотреть вариант осуществления, включающий конвейер внутри системы, с отражающей лентой или же со стеклобоем, когда каждый осколок стекла движется на собственной отражающей поверхности, чтобы осколки анализировались по очереди при их прохождении на уровне зоны облучения источниками света и плоскости захвата устройства получения изображений. Для этого источники света и устройство получения изображений должны располагаться так, чтобы зона облучения и плоскость захвата совпадали с траекторией конвейера. Этот вариант осуществления позволяет интегрировать обнаружение стеклокерамики в процессе производства продуктов на основе стеклобоя, что позволяет облегчить удаление стеклокерамики, если она будет детектирована в качестве таковой.
Согласно одной характеристике изобретения, система включает в себя вычислительный модуль, предназначенный для определения местоположения фрагментов стеклобоя в ходе его перемещения. Другими словами, если реализуется вариант, предусматривающий автоматизированное перемещение стеклобоя, система обнаружения содержит вычислительный модуль, способный в реальном времени выдавать местоположение различных фрагментов стекла при его перемещении за пределами зоны облучения и плоскости захвата. Этот вычислительный модуль учитывает, в частности, скорость движения стеклобоя, так что при перемещении стеклобоя каждый фрагмент отслеживается и распознается как таковой. Таким образом, этот вычислительный модуль служит для регистрации положения фрагментов стеклобоя, детектированных как фрагменты стеклокерамики, в каждый момент времени t на уровне зоны облучения и для оценки их более позднего положения в момент t+∆t, с учетом скорости движения стеклобоя на конвейере, в частности, для отправки информации на внешнее по отношению к системе устройство удаления фрагментов стеклокерамики, чтобы оно выбросило один или несколько требуемых фрагментов стеклобоя, будучи активированным в нужном месте и в нужное время.
Согласно одной характеристике изобретения и в дополнение к написанному выше, устройство колориметрической обработки может дополнительно содержать модуль колориметрической обработки изображений в соответствии с моделью RGB. Модель RGB является моделью определения цветов, отличной от модели HSV. Как и модель HSV, модель RGB базируется на значении трех параметров для определения каждого цветового оттенка в видимой части спектра. Каждый цвет устанавливается на основе значения каждого из трех базовых цветов, используемых для определения этого цвета, а именно красного R, зеленого G и синего B. Каждый из параметров RGB находится в диапазоне от 0 до 255.
Модуль колориметрической обработки изображений по модели RGB может быть включен в систему обнаружения для верификации результатов модуля колориметрической обработки изображений по модели HSV и гарантирует лучшую точность обнаружения системой.
Согласно одной характеристике изобретения, модуль колориметрической обработки изображений по модели RGB может преобразовывать в RGB-данные целиком все изображение, полученное устройством получения изображений. Однако предпочтительно система может быть выполнена так, чтобы модуль колориметрической обработки изображений по модели RGB преобразовывал в RGB-данные только пиксели полученного изображения, которые соответствуют фрагментам, детектированным как фрагменты стеклокерамики в результате анализа изображения модулем колориметрической обработки изображений по модели HSV. В результате уменьшается продолжительность дополнительной колориметрической обработки по модели RGB.
Изобретение относится также к установке для получения стекловолокон, полого стекла или плоского стекла, содержащей по меньшей мере одну стеклоплавильную печь и узлы формования, в которой стеклобой засыпается в стеклоплавильную печь для получения расплавленного стекла, предназначенного для подачи в узлы формования, причем указанная установка содержит автоматизированную систему обнаружения, описанную выше, и указанная автоматизированная система обнаружения устанавливается на пути стеклобоя в направлении стеклоплавильной печи.
Изобретение относится также к способу применения указанной автоматизированной системы обнаружения стеклокерамических материалов в стеклобое колориметрическим методом, отличающемуся тем, что он включает следующие этапы:
- этап одновременного освещения стеклобоя по меньшей мере одним источником белого цвета и по меньшей мере одним источником монохроматического ультрафиолетового излучения,
- этап улавливания отраженных световых лучей устройством получения изображений,
- этап колориметрической обработки снимка, полученного устройством получения изображений, модулем колориметрической обработки изображений, что позволяет идентифицировать стеклокерамику среди других типов стекла.
Согласно одной характеристике изобретения, колориметрическая обработка реализуется путем определения значения одного параметра на пиксель или группу пикселей анализируемого изображения, с последующим сравнением с диапазоном данных.
Точность обработки может меняться в зависимости от потребности и/или размеров стеклобоя. Следовательно, обработка изображения может выполняться для каждого пикселя изображения, полученного устройством получения изображений, чтобы гарантировать лучшую точность.
Пиксель представляет собой базовую единицу, позволяющую определить качество цифрового изображения. Другими словами, он соответствует конкретной точке изображения. Число пикселей устройства получения изображений зависит от разрешающей способности устройства получения изображений, выбранного для встраивания в систему обнаружения.
Обработка может также выполняться на группе пикселей, чтобы обработать группу пикселей с меньшей точностью, но с более высокой скоростью обработки. Использование того или другого варианта анализа зависит от таких факторов, как размер фрагментов стеклобоя, количества фрагментов или же от риска наложения фрагментов друг на друга в стеклобое, находящемся на отражающей поверхности.
Согласно одной характеристике изобретения, колориметрическая обработка проводится по модели HSV, и пороговое значение параметра H (тон) в системе HSV выбрано в интервале от 50° до 70° при S=1 и V=0,5.
Колориметрическая обработка по модели HSV позволяет идентифицировать фрагменты стеклобоя как фрагменты стеклокерамики. После активации источников света для направления их излучения на поверхность стеклобоя, улавливания отраженного света устройством получения изображений, и колориметрической обработки этого изображения по модели HSV, обработанное изображение анализируется, и фрагменты стеклобоя могут иметь или не иметь определенного цвета. Действительно, в зависимости от условий освещения системы обнаружения, фрагменты стеклокерамики проявляют определенный цвет на полученном изображении, обработанном по модели HSV, который отличает его от остального стеклобоя. Теоретически, стеклокерамика при применении системы обнаружения на стеклобое сама демонстрирует присущий ей особый цвет.
Выбор пороговых значений колориметрической обработки базируется на цвете, который отражает стеклокерамика при воздействии лучей, испускаемых одновременно двумя типами источников света. Из-за присутствия в своем составе оксидов металлов стеклокерамика поглощает часть падающих ультрафиолетовых лучей. Эти оксиды металлов поглощают ультрафиолетовые лучи, а соответствующие кристаллы рассеивают синий свет, в результате стеклокерамика теоретически является единственным типом стекла, которое кажется желтым, когда стеклобой анализируется системой обнаружения, из чего следует выбор этого порогового значения. После колориметрической обработки вычислительный модуль может быть сконфигурирован так, чтобы идентифицировать как стеклокерамику все пиксели или группу пикселей, для которых тон H составляет от 50° до 70°.
Согласно одной характеристике изобретения, полученные устройством получения изображений отображения фрагментов стеклобоя, идентифицированных как фрагменты стеклокерамики в результате колориметрической обработки по модели HSV, перепроверяются путем расчета отношения синего цвета к красному цвету после второй колориметрической обработки этих же изображений фрагментов модулем колориметрической обработки изображений по модели RGB.
Другими словами, после анализа снимка устройством обработки изображений по модели HSV с выбранным пороговым значением параметра H только стеклокерамика теоретически проявляет цвет, близкий к пороговому значению. Однако обработка изображения по модели HSV может привести к появлению ложноположительных результатов при обработке изображения. Ложноположительные результаты могут появиться, когда цвет стекла очень похож на цвет порогового значения, используемого при обработке по модели HSV, или же эти результаты могут быть обусловлены присутствием пылинок некоторых типов стекла на фрагментах. Поскольку эти ложноположительные результаты вызваны не стеклокерамикой, эти фрагменты могут использоваться для получения продуктов на основе стекла, поэтому их удаление из стеклобоя не требуется. Для улучшения точности обнаружения и определения местоположения фрагментов, дающих ложноположительные результаты, HSV-данные пикселей или групп пикселей, выявленные как совпадающие с цифровым представлением фрагментов стеклокерамики, преобразуются в RGB-данные. Эта вторая обработка изображения предназначена для устранения ложноположительных результатов.
Согласно одному варианту осуществления, дополнительная колориметрическая обработка изображения по модели RGB может проводиться независимо от колориметрической обработки изображений по модели HSV. В этом варианте обработка по модели RGB будет выполняться на изображении, полученном устройством получения изображений, без его предварительной обработки.
После того как все пиксели или группы пикселей, идентифицированные как потенциально ответствующие стеклокерамике, будут преобразованы в RGB-данные, для каждого преобразованного элемента данных рассчитывается отношение B/R. В дальнейшем тексте отношение B/R соответствует соотношению между значениями синей составляющей и красной составляющей, обнаруженных на сделанных снимках, или во фрагментах стеклобоя, выявленных как фрагменты стеклокерамики. Таким образом, соотношение между синей и красной составляющими позволяет отличить стеклокерамику от ложноположительных результатов. Расчет этого отношения гарантирует, что все ложноположительные результаты будут исключены, и сохранятся только детектированные фрагменты, соответствующие стеклокерамике.
Согласно одной характеристике изобретения, фрагменты стеклобоя, идентифицированные как фрагменты стеклокерамики в результате колориметрической обработки по модели HSV, подтверждаются как фрагменты стеклокерамики, если расчет отношения синего цвета к красному цвету после колориметрической обработки по модели RGB дает значение больше 0,5.
Стеклокерамика является единственным видом стекла из тех, что могут быть детектированы как положительный результат при обработке изображений по модели HSV, которые имеют отношение B/R больше 0,5. Другие виды стекла, которые обычно считаются ложноположительным результатом, такие, как стекло, использующееся для бутылок для вина или шампанского, имеют отношение B/R в интервале от 0,07 до 0,23. Стекло классического типа имеет отношение B/R, равное 1, но этот тип стекла не может быть детектирован как стеклокерамика при обработке изображения по модели HSV.
Другие характеристики и преимущества изобретения выявятся, с одной стороны, из следующего описания, а с другой стороны, из нескольких примеров осуществления, приведенных для сведения, но не в качестве ограничения, с обращением к прилагаемым схематическим чертежам, на которых:
- фиг. 1 схематически показывает систему обнаружения согласно одному варианту осуществления изобретения,
- фиг. 2 схематически показывает, что происходит с излучением источников света системы на фрагменте обычного стекла и на фрагменте стеклокерамики,
- фиг. 3 показывает схему способа применения системы обнаружения,
- фиг. 4 является графиком, показывающим коэффициент светопропускания разными типами стекла в зависимости от длины волны падающего света.
На фигуре 1 показана предлагаемая изобретением система 1 обнаружения. Система 1 содержит два типа источников света, из которых первый тип соответствует источнику 3 белого цвета, а второй тип соответствует источнику 4 монохроматического ультрафиолетового излучения. Источник или источники 3 белого цвета и источник или источники 4 света монохроматического ультрафиолетового излучения закреплены на конструкции 13, которая поддерживает источники света и содержит средства подачи электропитания. Устройство 5 получения изображений возвышается над конструкцией 13. В показанном примере устройство 5 получения изображений поддерживается средством 36 фиксации, но оно также может быть встроено напрямую в конструкцию 13.
Лучи, испущенные источником 3 белого цвета, сразу фильтруются в поляризаторе 16, чтобы ограничить интенсивность свечения и избежать паразитных отражений, которые могут обрабатываться позднее. Что касается лучей, испущенных источником 4 монохроматического ультрафиолетового излучения, они фильтруются через полосовой фильтр 15, центрированный на 365 нм, чтобы получить чисто монохроматическое ультрафиолетовое излучение. В показанном примере источники света и фильтры расположены симметрично с двух сторон конструкции 13, чтобы обеспечить в целом однородное освещение.
Источник 3 белого цвета и источник 4 монохроматического ультрафиолетового излучения испускают световые лучи 12 в направлении зоны облучения 11. Зона облучения 11 совпадает с плоскостью захвата устройства 5 получения изображений. Световые лучи 12, испущенные источником 3 белого цвета и источником 4 монохроматического ультрафиолетового излучения, проецируются на отражающую поверхность 10, где находится стеклобой 2.
В показанном примере отражающая поверхность 10 находится на конвейере 8, движущемся в направлении 9. Световые лучи, испущенные источником 3 белого цвета и источником 4 монохроматического ультрафиолетового излучения, ведут себя по-разному, когда они попадают в зону облучения, где находится стеклобой 2, как это можно видеть на фигуре 2.
Световые лучи 14 отражаются поверхностью 10 в направлении устройства 5 получения изображений. Эти световые лучи 14 фильтруются анализатором 18, перекрестным с поляризатором 16. Комбинация поляризатора 16 и анализатора 18 предназначена для ограничения паразитных отражений, которые происходят от световых лучей, испускаемых источником 3 белого света, и которые затрудняют интерпретацию обработки изображения. Устройство 5 получения изображений записывает изображение стеклобоя 2 благодаря световым лучам 14, отраженным от отражающей поверхности 10.
После записи изображения оно обрабатывается устройством 6 обработки изображений, подключенным с помощью электроники к устройству 5 получения изображений. Устройство 6 обработки изображений содержит модуль 17 колориметрической обработки изображений по модели HSV, который предназначен для анализа изображения пиксель за пикселем или группами пикселей и преобразования этих пикселей в HSV-данные. Модуль 17 колориметрической обработки изображений по модели HSV выполнен так, чтобы для каждого пикселя или группы пикселей параметр "тон" H определялся при фиксированных параметрах Насыщенности S и Значения цвета V. Здесь эти фиксированные параметры равны S=1 и V=0,5.
Затем каждое определенное значение тона H сравнивается с по меньшей мере одним пороговым значением. В данном примере значение тона H сравнивается с минимальным порогом 50° и максимальным порогом 70°. Другими словами, если пиксель или группа пикселей имеют HSV-параметры в диапазоне 50°≤H≤70°, S=1 и V=0,5, этот пиксель или группа пикселей идентифицируется как часть фрагмента стеклокерамики. Эта информация передается либо пользователю системы, чтобы он мог вмешаться и вручную удалить стеклокерамический фрагмент из стеклобоя, либо автоматизированному устройству, позволяющему целенаправленно выбрасывать идентифицированные фрагменты стеклокерамики.
Альтернативно можно провести дополнительную колориметрическую обработку. При этом HSV-данные фрагментов, выявленных как фрагменты стеклокерамики модулем 17 колориметрической обработки изображений по модели HSV, преобразуются в RGB-данные модулем 7 колориметрической обработки изображений по модели RGB, содержащимся в устройстве 6 обработки изображений, который рассчитывает отношение синего цвета к красному цвету B/R из генерированных RGB-данных, чтобы обнаружить потенциальные ложноположительные результаты обработки, проведенной модулем 17 колориметрической обработки изображений по модели HSV, и повысить точность системы 1 обнаружения. Согласно варианту осуществления, модуль 7 колориметрической обработки по модели RGB может также преобразовать целиком все изображение, полученное устройством 5 получения изображений. В таком случае изображение сразу передается на модуль 7 колориметрической обработки по модели RGB.
Фигура 2 схематически показывает световое излучение от источников света на двух разных типах стекол. Для упрощения схемы показано всего по два луча от каждого источника света, но в реальности источники света излучают во множестве направлений, например, с углом излучения 90°. Кроме того, не показаны явления преломления световых лучей на осколках стекла, опять же для упрощения рисунка.
На фигуре 2 показаны источник 3 белого цвета и источник 4 монохроматического ультрафиолетового излучения, каждый из которых испускает соответствующее ему излучение. Источник 3 белого цвета испускает лучи 26 белого цвета, показанные сплошными линиями, а источник 4 монохроматического ультрафиолетового излучения испускает ультрафиолетовые лучи 25 с длиной волны 365нм, показанные пунктиром. Эти два световых луча встречаются на уровне зоны облучения 11, где находится стеклобой, помещенный на отражающую поверхность 10. Здесь фрагмент 23 классического стекла и фрагмент 24 стеклокерамики находятся в стеклобое.
Фрагмент 23 классического стекла 23 пропускает все типы световых лучей. Таким образом, луч 26 белого цвета и ультрафиолетовый луч 25 проходят сквозь структуру фрагмента 23 классического стекла, отражаются отражающей поверхностью 10 и снова проходят через структуру фрагмента 23 классического стекла в направлении устройства 5 получения изображений.
Фрагмент 24 стеклокерамики имеет оптические свойства, отличные от свойств фрагмента 23 классического стекла. Особенностью стеклокерамики является то, что она поглощает большую часть ультрафиолетовых лучей, как это будет подробнее объяснено в связи с фигурой 4. Таким образом, ультрафиолетовый луч 25 не проходит полностью через структуру фрагмент 24 стеклокерамики, и в большей части поглощается. Обычно ультрафиолетовый луч с длиной волны 365 нм почти не отражается в направлении устройства 5 получения изображений, если его путь проходит через фрагмент стеклокерамики. Луч 26 белого цвета, как и в случае с фрагментом 23 классического стекла, проходит сквозь фрагмент 24 стеклокерамики и отражается в направлении устройства 5 получения изображений.
Теоретически устройство 5 получения изображений принимает все лучи 26 белого цвета, испущенные источником 3 белого цвета, и ультрафиолетовые лучи 25 от источника 4 монохроматического ультрафиолетового излучения, за исключением ультрафиолетовых лучей 25, поглощенных в своей большей части фрагментом или фрагментами 24 стеклокерамики. Это двойное освещение и частичный отсечение ультрафиолетовых лучей стеклокерамикой обеспечивает возможность колориметрического анализа полученного изображения, поскольку стеклокерамика приобретает желтый оттенок в отличие от остального стеклобоя.
На фигуре 3 схематически представлен способ применения системы обнаружения.
Этап 27 прокручивания конвейера с заданной скоростью приводит к перемещению одного или нескольких фрагментов стеклобоя на их отражающих поверхностях или непосредственно на отражающей ленте конвейера.
Прокрутка конвейера 27 запускает этап 29 позиционирования стеклобоя в зоне облучения. Параллельно этому запускается этап 28 испускания светового излучения источниками света, чтобы освещать стеклобой, находящийся в зоне облучения. Сочетание этапа 29 позиционирования стеклобоя в зоне облучения и этапа 29 испускания светового излучения источниками света приводит к этапу 30 получения изображения устройством получения изображений.
После получения изображения оно подвергается этапу 32 обработки изображения, который включает по меньшей мере один подэтап 33 колориметрической обработки изображения по модели HSV. Подэтап 33 колориметрической обработки изображения по модели HSV анализирует изображение, полученное на этапе 30 получения изображения, пиксель за пикселем или группами пикселей, применяя к этому изображению пороговое значение H в интервале от 50° до 70°, так чтобы 50°≤H≤70° при заданных параметрах S и V. Если ни один пиксель или ни одна группа пикселей не соответствует этому пороговому значению, процесс применения системы обнаружения завершается, и начинается новый цикл с новым стеклобоем, движущимся на конвейере.
Если же один или несколько пикселей или одна или несколько групп пикселей соответствуют выбранному порогу H, то фрагменты стеклобоя, относящиеся к этим пикселям или группам пикселей, теоретически идентифицируются как фрагменты стеклокерамики. Как результат, происходит либо передача информации на описываемый позднее расчетный этап 31 мониторинга стеклобоя, либо проводится верификация ложноположительных результатов посредством подэтапа 34 колориметрической обработки изображения по модели RGB. Для этого последовательно выполняется несколько стадий: сначала записанное изображение обрабатывается по модели RGB, либо изображение целиком, либо только пиксели, соответствующие пороговому значению параметра H модели HSV. Для каждого из этих пикселей генерируется красная составляющая R и синяя составляющая B, при этом оба значения находятся в интервале от 0 до 255. Модуль колориметрической обработки изображений по модели RGB рассчитывает затем отношение B/R и сравнивает это отношение с пороговым значением. Установлено пороговое значение B/R больше 0,5. Другими словами, если отношение B/R для одного или нескольких пикселей или для одной или нескольких групп пикселей превышает это пороговое значение 0,5, то подтверждается, что соответствующий фрагмент является фрагментом стеклокерамики. Если это отношение меньше порогового значения 0,5, то соответствующий фрагмент идентифицируется как ложноположительный результат, а не как фрагмент стеклокерамики.
Затем вся эта информация предается на расчетный этап 31 мониторинга. В ходе расчетного этапа 31 мониторинга отмечаются в качестве целевых представляющие интерес фрагменты, то есть фрагменты, которые были идентифицированы как фрагменты стеклокерамики в соответствии с подэтапом 33 колориметрической обработки изображения по модели HSV и которые были подтверждены как таковые на подэтапе 34 колориметрической обработки изображения по модели RGB, если такой этап выполняется в системе. Эти фрагменты отмечаются как целевые и отслеживаются с учетом скорости перемещения стеклобоя в зависимости от скорости конвейера. Подразумевается, что фрагменты являются целевыми в том смысле, что исходя из известного положения в момент t, система может с точностью определить их положение в момент t+Δt.
После того, как эти фрагменты были отмечены как целевые на расчетном этапе 31 мониторинга, следует этап 35 удаления фрагментов стеклокерамики, показанный пунктиром на фигуре, так как он является внешним по отношению к системе обнаружения. Этап 35 удаления фрагментов стеклокерамики может быть выполнен с помощью устройства сдувания, расположенного вдоль конвейера за системой обнаружения. Благодаря расчетному этапу 31 мониторинга, устройство сдувания, получив информацию о местоположении от вычислительного модуля, активируется в нужный момент в месте, где находятся фрагменты стеклокерамики. Затем фрагменты стеклокерамики извлекаются из стеклобоя.
Фигура 4 является графиком, показывающим долю света, пропускаемого разными типами стекла, в зависимости от длины волны испущенного света. На графике показаны четыре кривые, соответствующие разным типам стекла: кривая 19, соответствующая классическому стеклу, то есть наиболее распространенному стеклу, кривая 20, соответствующая стеклокерамике, кривая 21, соответствующая бутылочному стеклу, обычно использующемуся для изготовления винных бутылок, и кривая 22, соответствующая стеклу для шампанского, обычно использующемуся для изготовления бутылок для шампанского. На оси абсцисс на графике область значений менее 400 нм соответствует ультрафиолетовому диапазону, а область значений более 400 нм соответствует видимому диапазону.
Кривая 19 для классического стекла и кривая 20 для стеклокерамики имеют похожий ход, а именно, кривая включает резкое возрастание коэффициента светопропускания до достижения плато в интервале 85-90%. Основное различие между этими двумя кривыми заключается в том, что кривая 19 для классического стекла резко идет вверх при более короткой длине волны, чем кривая 20 для стеклокерамики. Таким образом, классическое стекло имеет намного более высокое пропускание в ультрафиолетовой области, чем стеклокерамика. Эта различие оправдывает использование источника монохроматического ультрафиолетового излучения с длиной волны 365 нм, так как при этом значении коэффициент светопропускания классического стекла превышает 80% (точка P1 на фиг. 4), тогда как для стеклокерамики он ниже 20% (точка P2 на фиг. 4). Таким образом, устройство получения изображений улавливает ультрафиолетовые лучи 365 нм и лучи белого света всего видимого спектра, например 550 нм, если они прошли через фрагмент классического стекла, но улавливает не все ультрафиолетовые лучи, которые попали на фрагмент стеклокерамики, так как они были в значительной степени поглощены стеклокерамикой. Условия освещения системы обнаружения таковы, что стеклокерамика, из-за ее оптических свойств, выглядит с легким оттенком желтого, соответствующим выбранному пороговому параметру HSV, т.е. 50°≤H≤70°. Цветовой оттенок, соответствующий стеклокерамике, обусловлен несколькими факторами, включая источники света или же тип устройства получения изображений.
Этот желтый цвет, как указывалось выше, объясняется присутствием оксидов металлов в составе стеклокерамики.
Две другие кривые, а именно кривая 21 бутылочного стекла и кривая 22 стекла для шампанского также имеют близкий ход. Эти два типа стекла, соответствующая кривая которых является переменной, и которые плохо пропускают световые волны, никогда не превышая светопропускания 50% (точка P3 на фиг. 4). В области ультрафиолета бутылочное стекло и стекло для шампанского имеют коэффициент светопропускания, близкий к светопропусканию стеклокерамики, в частности, на 365 нм, что соответствует длине волны, испускаемой источником монохроматического ультрафиолетового излучения. Таким образом, бутылочное стекло и стекло для шампанского поглощают ультрафиолетовые лучи, испущенные источником монохроматического ультрафиолетового излучения, в той же степени, что и стеклокерамика. Кроме того, длина волны, на которой оба типа стекла лучше всего пропускают свет, составляет порядка 550-570 нм. В видимом спектре этот диапазон длин волны соответствует желтовато-зеленому цвету.
Итак, бутылочное стекло и стекло для шампанского имеют по существу такую же способность поглощения ультрафиолетовых лучей, что и стеклокерамика, и их лучший коэффициент светопропускания соответствует желтовато-зеленому цвету, то есть тону, довольно близкому к пороговому значению для стеклокерамики, когда изображение, полученное устройством получения изображений, обрабатывается модулем колориметрической обработки изображений по модели HSV. Следовательно, бутылочное стекло и стекло для шампанского являются двумя типами стекла, которые могут приводить к ложноположительным результатам, то есть они могут быть детектированы как фрагменты стеклокерамики при анализе модулем колориметрической обработки изображений по модели HSV, хотя они таковыми не являются. Наличие модуля колориметрической обработки изображений по модели RGB имеет в этом случае все основания, учитывая, что отношение B/R для бутылочного стекла и стекла для шампанского составляет менее 0,5, что позволяет опровергнуть тот факт, что речь идет о фрагментах стеклокерамики.
Из изложенного выше понятно, что настоящее изобретение предлагает автоматизированную систему обнаружения стеклокерамики в стеклобое. Изобретение не ограничивается средствами и конфигурациями, описанными и проиллюстрированными здесь, оно распространяется также на любые эквивалентные средства или конфигурации и на любую техническую комбинацию, работающую с такими средствами. В частности, если описан пример осуществления, в котором условия освещения влекут желтую окраску стеклокерамики, можно предусмотреть, чтобы пороговые значения, реализованные в вычислительном модуле, связанном с модулем колориметрической обработки, отличались от описанных, чтобы детектировать цвета, отличный от желтого, поскольку, как описано, в соответствии с изобретением только один параметр модели HSV сравнивается с диапазоном значений, чтобы обеспечить быстрое обнаружение, позволяющее реализацию на производственной линии.
Согласно изобретению, учитываемый параметр модели HSV сравнивается с пороговыми значениями, которые зависят от условий освещения и которые могут также зависеть от качества устройства получения изображения. Таким образом, в зависимости от качества используемой камеры цвет стеклокерамики может демонстрировать тенденцию, например, к зеленому, в соответствии с тем, что было описано выше, тогда как невооруженным глазом он воспринимается как желтый. Для подстройки пороговых значений модели HSV может потребоваться калибровка камеры. Следует понимать, что согласно изобретению при подходящем освещении, таком как от источника белого света с широким спектром и источника ультрафиолетового излучения с целевой длиной волны 365 нм, стеклокерамика реагирует, приобретая особый для нее цвет, в частности желтый, что позволяет с помощью устройства получения изображений и модуля колориметрической обработки обнаруживать эту стеклокерамику среди других образцов стекла.
Изобретение относится к области контроля материалов оптическими средствами и касается автоматизированной системы обнаружения стеклокерамических материалов в стеклобое. Автоматизированная система содержит по меньшей мере один источник белого цвета и по меньшей мере один источник монохроматического ультрафиолетового излучения, каждый из которых ориентирован для излучения в одной и той же зоне облучения. Система также содержит устройство получения изображений, предназначенное для получения изображения зоны облучения, и устройство обработки изображений, предназначенное для обработки каждого из изображений, полученных устройством получения изображений. Устройство обработки изображений содержит модуль колориметрической обработки изображений, способный обеспечить обнаружение стеклокерамики среди других типов стекла. Технический результат заключается в упрощении способа и обеспечении возможности обнаружения прозрачной стеклокерамики. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Автоматизированная система (1) обнаружения материалов типа стеклокерамики в стеклобое (2), отличающаяся тем, она содержит по меньшей мере один источник (3) белого цвета и по меньшей мере один источник (4) монохроматического ультрафиолетового излучения, каждый из которых ориентирован для излучения в одной и той же зоне облучения (11), а также устройство (5) получения изображений, предназначенное для получения изображения указанной зоны облучения (11), и устройство (6) обработки изображений, предназначенное для обработки каждого из изображений, полученных устройством (5) получения изображений, причем устройство (6) обработки изображений содержит модуль (7-17) колориметрической обработки изображений, способный обеспечить обнаружение стеклокерамики среди других типов стекла.
2. Система (1) обнаружения по п. 1, причем модуль (7-17) колориметрической обработки изображений обрабатывает изображения, полученные устройством (5) получения изображений, с учетом всего одного из трех параметров модели колориметрической обработки.
3. Система (1) обнаружения по п. 2, причем модуль (7-17) колориметрической обработки изображений содержит модуль (17) колориметрической обработки изображений по модели HSV и обрабатывает изображения, полученные устройством (5) получения изображений, с учетом только параметра H модели HSV.
4. Система (1) обнаружения по любому из предыдущих пунктов, причем зона облучения (11) содержит стеклобой (2), находящийся на отражающей поверхности (10), освещаемой одновременно двумя типами источников света, световые лучи которых улавливаются устройством (5) получения изображений, расположенным с той же стороны отражающей поверхности (10), что и источники света.
5. Система (1) обнаружения по любому из предыдущих пунктов, причем лучи от источника (4) монохроматического ультрафиолетового излучения проходят через полосовой фильтр (15), центрированный на 365 нм.
6. Система (1) обнаружения по любому из предыдущих пунктов, причем световые волны, испущенные по меньшей мере источником (3) белого цвета, обрабатываются блоком перекрестных поляризатора (16) и анализатора (18) до того, как они будут уловлены устройством (5) получения изображений.
7. Система (1) обнаружения по любому из предыдущих пунктов, содержащая конвейер (8), предназначенный для перемещения стеклобоя (2) через зону облучения (11) источниками света.
8. Система (1) обнаружения по любому из предыдущих пунктов, содержащая вычислительный модуль, предназначенный для определения местоположения различных фрагментов стеклобоя (2) в ходе его перемещения.
9. Система (1) обнаружения по одному из предыдущих пунктов, причем устройство (6) колориметрической обработки дополнительно содержит модуль (7) колориметрической обработки изображений по модели RGB.
10. Установка для производства стекловолокон, полого стекла или плоского стекла, содержащая по меньшей мере одну стеклоплавильную печь и узлы формования, в которой стеклобой засыпают в стеклоплавильную печь для получения расплавленного стекла, предназначенного для подачи в узлы формования, причем указанная установка содержит автоматизированную систему обнаружения по одному из предыдущих пунктов, и указанная автоматизированная система обнаружения устанавливается на пути стеклобоя в направлении стеклоплавильной печи.
11. Способ применения автоматизированной системы (1) обнаружения стеклокерамических материалов среди стеклобоя (2) колориметрическим методом по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:
- этап одновременного освещения стеклобоя (2) по меньшей мере одним источником (3) белого цвета и по меньшей мере одним источником (4) монохроматического ультрафиолетового излучения,
- этап улавливания отраженных световых лучей (14) устройством (5) получения изображений,
- этап колориметрической обработки модулем (7-17) колориметрической обработки изображений изображения, полученного устройством (5) получения изображений, позволяющий идентифицировать стеклокерамику среди других типов стекла.
12. Способ применения по п. 11, причем колориметрическая обработка проводится для определения значения одного элемента данных на пиксель или группу пикселей анализируемого изображения с последующим сравнением с диапазоном данных.
13. Способ применения по п. 11 или 12, в котором колориметрическая обработка является колориметрической обработкой по модели HSV и проводит сравнение с пороговым значением HSV-параметра H, составляющим от 50° до 70° при S=1 и V=0,5.
14. Способ применения по любому из пп. 11-13, причем отображения фрагментов стеклобоя (2), полученные устройством (5) получения изображений и идентифицированные как фрагменты стеклокерамики в результате колориметрической обработки по модели HSV, перепроверяются путем расчета отношения синего цвета к красному цвету после второй колориметрической обработки этих же изображений фрагментов модулем (7) колориметрической обработки изображений по модели RGB.
15. Способ применения по п. 14, причем фрагменты стеклобоя (2), идентифицированные как фрагменты стеклокерамики в результате колориметрической обработки по модели HSV, подтверждаются как фрагменты стеклокерамики, если расчет отношения синего цвета к красному цвету после колориметрической обработки по модели RGB дает значение, превышающее 0,5.
| US 8030589 B2, 04.10.2011 | |||
| US 8436268 B1, 07.05.2013 | |||
| US 7659486 B2, 09.02.2010 | |||
| WO 2018096943 A1, 31.05.2018. |
