SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA LA MEDIDA DE LA RUGOSIDAD DE UNA MUESTRA DE PAPEL MEDIANTE EL ANÁLISIS DEL PATRÓN DE TEXTURA DEL SPECKLE.
Sistema y procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra de papel mediante el análisis del patrón de textura del speckle.
Sistema para la medida de la rugosidad de una muestra (2) de papel, que con un láser (1) y un expansor del haz (11) en ángulo y distancia determinada respecto a la muestra (3), una cámara (3) digital en dirección normal a la muestra (2), un dispositivo de procesado (4) con un adaptador, y con al menos una fuente de alimentación.
Procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra (2) de papel, que comprende las siguientes etapas
(a) se proyecta y expande un haz láser sobre una muestra (3)
(b) una cámara (3) capta la imagen, obteniendo un patrón de speckle
(c) la cámara (3) envía dicho patrón de speckle al dispositivo de procesado (4)
(d) el dispositivo de procesado (4) obtiene el parámetro de rugosidad de la muestra (2) a través de un descriptor de la matriz de co-ocurrencia de niveles gris.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130708.
Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: PLADELLORENS MALLOFRE,JOSEP, CAUM AREGAY,JESUS, TOSAS FUENTES,AGUSTIN, CUSOLA AUMEDES,ORIOL, OSVAN PINO,Abdiel.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01B11/30 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01B MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES ANALOGAS; MEDIDA DE ANGULOS; MEDIDA DE AREAS; MEDIDA DE IRREGULARIDADES DE SUPERFICIES O CONTORNOS. › G01B 11/00 Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización de medios ópticos (instrumentos de los tipos cubiertos por el grupo G01B 9/00 en sí G01B 9/00). › para la medida de la rugosidad o la irregularidad de superficies.
Fragmento de la descripción:
SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA LA MEDIDA DE LA RUGOSIDAD DE UNA
MUESTRA DE PAPEL MEDIANTE EL ANÁLISIS DEL PATRÓN DE TEXTURA DEL SPECKLE
Sistema y procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra de papel mediante el análisis del patrón de textura del speckle
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención trata de un sistema y procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra de papel, donde a través de una cámara, un láser y un expansor que actúan sobre una muestra, se envía una imagen del patrón de speckle a un sistema de procesado, que a través de la matriz de co-ocurrencia calcula la rugosidad de dicha muestra mediante algún descriptor.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La rugosidad de la superficie del papel es un parámetro muy importante en la fabricación de papel, siendo uno de los principales problemas en dicha industria. La estructura de la superficie del papel es a menudo caracterizada por su rugosidad. El parámetro de rugosidad más comúnmente utilizado, es la media aritmética (Ra) de los valores absolutos de las alturas medidas a partir de la línea central:
Se han investigado y desarrollado técnicas de contacto y no contacto adecuadas para la medida de la rugosidad del papel. Entre las técnicas más comunes se conoce el flujo de aire, la perfilometría (mecánica y óptica) , interferometría, microscopía de fuerza atómica, microscopía de barrido confocal, técnicas de triangulación y metrología speckle. En general, muchas de estas técnicas sólo pueden usarse en condiciones de laboratorio, es decir, fuera del proceso de fabricación industrial.
Con la aparición del láser en la década de los 60, los investigadores han discutido las relaciones entre la rugosidad de una superficie y las propiedades estadísticas del patrón de speckle. Es aleatorio y puede ser descrito en términos estadísticos. Se conoce que la metrología speckle tiene el potencial de obtener medidas de la rugosidad de una superficie.
Se han desarrollado y empleado diferentes métodos para estudiar la rugosidad de una superficie mediante técnicas de speckle. Éstos se basan en el estudio del contraste de speckle y otros utilizan la correlación de speckle, ambos con buenos resultados tanto para estudiar superficies metálicas como dieléctricas, fluidos y también papel.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención trata de un sistema y un procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra de papel, utilizando matrices de ca-ocurrencia. Las imágenes son captadas por medio de una simple configuración usando un láser, un expansor de haz y una cámara DOC. Se aplica el procesado digital de las imágenes utilizando la matriz de ca-ocurrencia de niveles de gris (GLCM quot;Gray Level Co-occurrence Matrixquot;) , relacionando esta característica con la rugosidad, obtenida por otros métodos. Es un método de trazado de perfil de la superficie sin contacto y puede ser utilizado por tanto, para medir la rugosidad de la superficie en el proceso de fabricación.
Las técnicas clásicas de medida de la rugosidad del papel, entre ellas las basadas en el flujo de aire, son técnicas de laboratorio que no pueden ser aplicadas en línea en el proceso de fabricación industrial del papel. Por otra parte, las técnicas basadas en el speckle requieren la toma de dos imágenes para efectuar la posterior correlación.Se propone aquí una técnica de medida de la rugosidad de la superficie
del papel utilizando una sola imagen, estableciendo la relación entre la textura
del patrón de speckle de la superficie y los descriptores que se extraen de la
matriz de ca-ocurrencia de niveles gris.
5
El sistema utilizado para realizar las medidas comprende un láser de
Helio-Neón, una cámara CCD y un expansor de haz. La cámara está ubicada en
la dirección normal a la muestra.
1 O El haz láser es expandido y proyectado sobre el papel, con un ángulo y
distancia determinados respecto a la normal, obteniendo un patrón de speckle.
Tanto la cámara digital como el ordenador necesitan fuentes de
alimentación, siendo además necesaria la conexión entre ambos a través de un
15 adaptador. Por medio de los componentes descritos, el sistema es capaz de
captar imágenes del speckle. Una vez se ha realizado la captura de la imagen el
sistema proporciona automáticamente la rugosidad de la muestra a través del
parámetro de rugosidad Ra más comúnmente utilizado y que se define como la
media aritmética de los valores absolutos de las alturas medidas a partir de una
20 línea central.
La metodología utilizada para obtener la rugosidad a partir de los
correspondientes niveles digitales, está basada en las técnicas de matriz de ca-
ocurrencia.
25
La ca-ocurrencia de los niveles de gris de una imagen digital se pueden
especificar mediante una matriz de frecuencias relativas con elementos C¡i en la
que dos píxeles vecinos separados por una distancia d y una dirección 8 ocurren
en la imagen, uno con nivel de gris i y otro con nivel de gris j. La matriz de co-
30 ocurrencia considera la relación espacial entre dos píxeles, llamados píxel de
referencia o de interés y su píxel vecino (Fig. 2) . Las matrices de ca-ocurrencia
de niveles de gris deben cumplir con la propiedad de simetría y están dadas enfunción de la relación angular entre los píxeles vecinos, así como la distancia entre ellos.
Cada una de las cuatro matrices de ca-ocurrencia definidas para la distancia y las direcciones indicadas, son simétricas. Normalizando, transformamos a la matriz de ca-ocurrencia en una aproximación de tabla de probabilidad, definida por:
c..
.P_~·j = , ;.'t-1~·..}
quot;quot;'e .
~ }., .}
~·~.i-~
De esta manera, se pueden calcular los descriptores de textura propuestos por Harilick que permiten describir la textura de una superficie. En este caso, se utiliza el de la energía definida por
~~ 2
L p .
. . o l, j
l, j=
Si se representa el parámetro energía respecto a la distancia d para las cuatro direcciones dadas en la Figura 2, y se promedia la curva obtenida, se obtiene una curva que se puede ajustar por la ecuación siguiente:
d
y == 1'0 +le-~ donde y es la función que representa al descriptor de energía, d representa las distancias entre los píxeles vecinos. Los parámetros Yo, k y a de la función son los utilizados para establecer la correlación con los correspondientes valores Ra de las muestras. Existe una relación unívoca entre Ra y Yo que permite determinar la rugosidad del papel.DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
5 Para complementar la descripción que se está realizando del objeto de la invención y para ayudar a una mejor comprensión de las características que lo distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de figuras, en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
1 O
La Figura 1. muestra una vista esquemática del sistema propuesto en la invención.
La Figura 2. muestra la relación vecinos de la imagen de speckle. entre el píxel de interés y los píxeles
15 20
La Figura 3. muestra el cómputo de las posibles combinaciones de niveles de gris de la imagen para el cálculo de la matriz de ca-ocurrencia, en la figura 3 (a) Imagen de prueba en su forma matricial, en la figura 3 (b) las posibles combinaciones de niveles de grises para la imagen de prueba. La Figura 4. muestra cuatro de las matrices de ca-ocurrencia de niveles de gris para ángulos iguales a 0°, 45°, 90° y 135° y radio igual a 1.
25
La Figura 5. muestra la gráfica de los valores del descriptor energía para cada una de las direcciones indicadas, la curva promedio de la energía total y el ajuste exponencial calculados a partir de las GLCM de la imagen de la muestra.
30
La Figura 6. muestra la correlación de los parámetros (Yo, k, o) obtenidos a partir del descriptor de energía con Ra
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en un sistema para la medida de la rugosidad de
5 una muestra (2) de papel, así como el procedimiento para la medida de la
rugosidad de dicha muestra (2) de papel.
El sistema de medida comprende un láser comprende un láser (1) junto
con un expansor del haz (11) situado a un ángulo y distancia determinada
1 O respecto a la dirección normal de la muestra (2) que proyectan la luz sobre dicha
muestra (2) . Una cámara (3) digital situada en dirección normal a la muestra (2)
capta al imagen, y la envía...
Reivindicaciones:
1. Sistema para la medida de la rugosidad de una muestra (2) de papel mediante el análisis del patrón de textura del speckle caracterizado porque comprende un láser (1) junto con un expansor del haz (11) situado a una distancia y ángulo determinados respecto a la dirección normal de la muestra (2) que proyectan la luz sobre dicha muestra (2) , una cámara (3) digital situada en dirección normal a la muestra (2) , y un dispositivo de procesado (4) de la imagen captada conectado a la cámara (3) a través de un adaptador, y con al menos una fuente de alimentación.
2. Procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra de papel (2) mediante el análisis del patrón de textura del speckle, caracterizado porque comprende las siguientes etapas
(a) se proyecta y expande un haz láser sobre una muestra (3) a través de un láser (1) y un expansor de haz (11)
(b) una cámara (3) dispuesta en dirección normal a la muestra (2) capta la imagen, obteniendo un patrón de speckle
(e) la cámara (3) envía dicho patrón de speckle al dispositivo de procesado
(4)
(d) el dispositivo de procesado (4) obtiene el parámetro de rugosidad de la muestra (2) a través de un descriptor de la matriz de ca-ocurrencia de niveles gris.
3. Procedimiento para la medida de la rugosidad de una muestra (2) de papel mediante el análisis del patrón de textura del speckle, según reivindicación 2, caracterizado porque el descriptor utilizado para obtener el valor de rugosidad de la muestra (2) es el parámetro de energía, representando las matrices de ca-ocurrencia de niveles gris en función de la relación angular y la distancia entre píxeles, y representando dicho parámetro de energía en función de la distancia.
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