Detecção laboratorial de formas de vidro plano usando sua reflexão

Data: 21 de dezembro de 2022

Autores: Vlastimil Hotar, Ondrej Matusek e Jan Svoboda

Fonte:Conferência Web MATEC, 89 (2017) 01007

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

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

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

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

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

A pesquisa do Departamento de Máquinas e Robótica para Produção de Vidro está focada na análise de imagens estruturadas utilizando dimensão fractal [3]. Os dados têm caráter de imagens digitais e linhas divisórias obtidas (ex. perfis [4], rugosidade e linha divisória de luz e sombra). As análises são aplicadas, por exemplo, em papelão ondulado que utiliza reflexão de placa zebra [5]. A ideia de utilizar a reflexão para a detecção de objetos de vidro vem desta aplicação.

Quando a luz se move de um meio com um determinado índice de refração ni (ar) para um segundo meio com índice de refração nt (vidro), tanto a reflexão quanto a refração da luz podem ocorrer [6]. Na Figura 2, um raio de luz incidente PO atinge o ponto O na interface entre dois meios de índices de refração ni e nt. Parte do raio é refletida como raio OQ e parte refratada como raio OS. Os ângulos que os raios incidentes refletem e refratam em relação à normal da interface são dados como i, r e t. A relação entre esses ângulos é dada pela lei da reflexão:

e lei de Snell:

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

Para vidro comum no ar, nᵢ = 1 e nₜ = 1,5; assim, cerca de = 4% da luz é refletida. Observe que a reflexão por um vidro plano ocorre tanto na parte frontal quanto na parte traseira, e que parte da luz salta para frente e para trás várias vezes entre os dois lados. O coeficiente de reflexão combinado Rg para este caso é

quando a interferência pode ser desprezada, Rg = 7,7%. No entanto, a reflexão é insuficiente para a detecção pretendida e deve ser utilizada iluminação num ângulo elevado.

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