SISTEMA DE ILUMINACION ACTIVO BINARIO.
Dispositivo de iluminación activo binario para piezas transparentes con superficies planas o curvas que comprende una fuente de iluminación y medios capaces de generar un patrón binario de franjas luminosas y oscuras alternantes,
caracterizado porque los medios capaces de generar el patrón binario son una malla de un panel LCD y la fuente de iluminación es de gran luminancia. Gracias a que el sistema incorpora una malla de LCD se facilita el procesamiento de los datos y se da al sistema más dinamismo en cuanto a tamaño de las franjas, etc.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930628.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE JAEN.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: GAMEZ GARCIA,JAVIER, GOMEZ ORTEGA,JUAN, SÁNCHEZ GARCÍA,ALEJANDRO, SATORRES MARTÍNEZ,SILVIA.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01B11/25 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). › mediante la proyección de un patrón, p. ej.franjas de Moiré, sobre el objeto (G01B 11/255 tiene prioridad).
- G01B11/30 G01B 11/00 […] › para la medida de la rugosidad o la irregularidad de superficies.
- G01N21/88 G01 […] › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Investigación de la presencia de grietas, de defectos o de manchas.
- G01N21/958 G01N 21/00 […] › Inspección de materiales transparentes.
- G02F1/13 G […] › G02 OPTICA. › G02F DISPOSITIVOS O SISTEMAS CUYO FUNCIONAMIENTO OPTICO SE MODIFICA POR EL CAMBIO DE LAS PROPIEDADES OPTICAS DEL MEDIO QUE CONSTITUYE A ESTOS DISPOSITIVOS O SISTEMAS Y DESTINADOS AL CONTROL DE LA INTENSIDAD, COLOR, FASE, POLARIZACION O DE LA DIRECCION DE LA LUZ, p. ej. CONMUTACION, APERTURA DE PUERTA, MODULACION O DEMODULACION; TECNICAS NECESARIAS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE ESTOS DISPOSITIVOS O SISTEMAS; CAMBIO DE FRECUENCIA; OPTICA NO LINEAL; ELEMENTOS OPTICOS LOGICOS; CONVERTIDORES OPTICOS ANALOGICO/DIGITALES. › G02F 1/00 Dispositivos o sistemas para el control de la intensidad, color, fase, polarización o de la dirección de la luz que llega de una fuente de luz independiente, p. ej. conmutación, apertura de puerta o modulación; Optica no lineal. › basados en cristales líquidos, p. ej. celdas de presentación individuales de cristales líquidos.
Fragmento de la descripción:
Sistema de iluminación activo binario.
Campo de la invención La presente invención se aplica al campo de la inspección de piezas utilizando sistemas de visión por computador. En particular, se aplica a la inspección de piezas transparentes.
Antecedentes de la invención Para un control de calidad superficial satisfactorio en objetos transparentes hay que caracterizar qué tipos de defectos interesa detectar y por supuesto la geometría y material de la superficie objeto de inspección.
Un ejemplo de superficies transparentes a inspeccionar serian los cristales de los proyectores de vehículos, los cuales son transparentes y tienen una forma convexa con algunas regiones planas o de muy poca curvatura. Estas zonas se localizan, fundamentalmente, en su partes vistas, por lo que el nivel de calidad del acabado, es decir, la ausencia de defectos, es extremadamente importante.
La inspección de piezas transparentes es una tarea complicada, ya que hay que controlar perfectamente el entorno para no tener reflejos indeseados. Utilizando el sistema de iluminación apropiado es posible obtener una imagen sin reflejos en la que sea posible la caracterización de defectos.
La selección de un sistema de iluminación adecuado para una aplicación basada en visión por computador requiere de una fase experimental en la que el tipo de iluminación a probar dependerá de las características de la aplicación que estamos interesados en resolver. La mayoría de los sistemas de visión industriales se relacionan con uno de los siguientes tipos de inspección:
1. Inspección de calidad dimensional.
2. Inspección de calidad superficial.
3. Inspección del ensamblado de componentes.
4. Inspección de calidad operacional (funcionamiento correcto) .
Considerando este tipo de piezas a inspeccionar, interesa que el sistema de iluminación sea difuso para evitar en la medida de lo posible sombras y reflejos que puedan dificultar el proceso de extracción del defecto en la imagen captada por el sensor de visión.
Como en el caso de las superficies transparentes, las reflectantes también tienen problemas de reflejos indeseados pero su inspección automática ha sido estudiada con mayor profundidad. Una técnica de iluminación ampliamente utilizada es la iluminación estructurada (Aluze, D., 2002; Puente León, F. & Kammel, S., 2006; Leopold, J. et al., 2003; Seulin, R., 2001; Seulin, R., 2002) . Las imperfecciones en una superficie provocan importantes desviaciones en la reflexión de la luz y esta propiedad se emplea para poder detectarlas. La iluminación estructurada es de tipo binario y está compuesta por una sucesión de franjas sin intensidad luminosa y con máxima intensidad. Con estas condiciones, un defecto aparece en la imagen capturada como un conjunto de píxeles blancos sobre un fondo oscuro. En estos sistemas se usan dispositivos mecánicos para mover las franjas, lo que los hace poco flexibles.
Entre los sistemas de iluminación existentes en el mercado, los que en principio podrían ser aptos para resaltar defectos en superficies transparentes serian:
a. Sistema de retroiluminación difuso (basado en fluorescentes o en leds)
En esta forma de iluminación, el sensor está dirigido directamente a la fuente de luz, observando una superficie blanca totalmente uniforme. Cualquier objeto interpuesto entre el sensor y la fuente de luz produce una sombra que es detectada por el sensor como una forma en negro sobre el fondo blanco. Este tipo de iluminación es habitualmente empleado para la detección de impurezas en objetos transparentes o translúcidos. Sin embargo, la desventaja de este sistema es que sólo se consigue caracterizar los tipos de defectos no transparentes como puntos negros y manchas de grasa.
b. Sistemas de iluminación de bajo ángulo difuso (también denominado de campo oscuro)
Consta de una luz directa de alta intensidad que se hace incidir con un ángulo muy elevado respecto a la normal de la superficie objeto de inspección. De esta manera se consigue que sobre superficies que presentan hendiduras o elevaciones, éstas interfieran en la trayectoria de la luz produciéndose zonas brillantes. Una aplicación típica en la que se utiliza es para resaltar imperfecciones y contornos en superficies planas. En este caso, la desventaja de este sistema es que si se aplica a objetos transparentes, con zonas de menos curvatura, sólo consigue resaltar la suciedad superficial como motas de polvo.
Otra técnica de iluminación referenciada (Dallas et al., 2003 y Rosati et al., 2008) , que se emplea a la hora de caracterizar defectos en superficies reflectantes curvas, no utiliza iluminación estructurada y si un sistema de espejos que permite concentrar la imagen reflejada en el sensor de visión. Para detectar defectos transparentes sobre superficies que también lo son, utilizando técnicas de la iluminación estructurada, es fundamental que la cámara CCD esté saturada, y para que esto ocurra se necesitan unos tiempos de exposición elevados. Esto no permitirla su aplicabilidad a nivel industrial, ya que el tiempo de adquisición de imágenes, y por tanto el tiempo de ciclo, impediría que el proceso de inspección se realizase dentro de los tiempos definidos para obtener las cadencias establecidas.
Objeto de la invención La invención tiene por objeto paliar los problemas técnicos citados en el apartado anterior. Para ello, propone un dispositivo de iluminación activo binario para piezas transparentes que comprende una fuente de iluminación y medios capaces de generar un patrón binario de franjas luminosas y oscuras alternantes, donde los medios capaces de generar el patrón binario son una malla de un panel LCD y la fuente de iluminación es de una luminancia entre 100 y 50000 lux. El dispositivo puede comprender además un difusor de luz y/o un aislante térmico (compuesto por ejemplo de un cristal doble separado por aire) entre la fuente de iluminación y la malla LCD. La fuente de iluminación puede ser por ejemplo una pluralidad de LEDs o una pluralidad de tubos fluorescentes.
La malla de un panel LCD (cristal líquido) se compone esencialmente de:
- Fuente de alimentación conmutada.
- Panel de cristal líquido (LCD) , la cual también puede incorporar tecnología de transistor de película delgada (TFT) .
- Tarjeta/s electrónica/s para el procesamiento y acondicionamiento de las señales de control del panel líquido.
- Interfaz de datos digital (por ejemplo: DVI, HDMI...) o bien analógica (p.e. VGA) .
El dispositivo la invención incorpora un sistema de retroiluminación basado en este sistema LCD sobreiluminado Posteriormente, las imágenes captadas por el sistema de visión por computador encargado de realizar la inspección son procesadas con el fin de conseguir una imagen de aspecto en la que queden caracterizados los defectos.
La ventaja fundamental que aporta este sistema de iluminación activo binario respecto a otros sistemas es la alta flexibilidad que ofrece un LCD como fuente de iluminación, facilitando su aplicación a sistemas automatizados de caracterización de defectos. La orientación, tamaño de franjas, desfase entre franjas en imágenes consecutivas e incluso la posibilidad de configurar un fondo uniforme hacen que el mismo sistema de iluminación sea apto para detectar defectos transparentes de diversos tamaños, orientaciones e incluso defectos no transparentes, si se configura el sistema sin franjas, actuando como sistema convencional de retroiluminación.
Además, con el sistema propuesto, es posible configurar fácilmente, a nivel de software, el patrón de franjas óptimo para poder poner de manifiesto defectos de distinto tamaño, orientación y tipología. Ésta es otra de las ventajas del sistema propuesto con respecto a otros sistemas anteriores, pues para realizar este tipo de ajustes era necesario modificar estructuralmente el dispositivo de iluminación con el consiguiente coste económico.
La segunda ventaja de este sistema es su potencia lumínica, lo cual le permite reducir los tiempos de detección y caracterización de los defectos.
Otra de las ventajas que ofrece este sistema es que elimina la necesidad de utilizar sistemas previos de simulación que permitan optimizar el número y tamaño de franjas con el que ha de contar el sistema de iluminación definitivo, ya que, el propio sistema sirve de plataforma de experimentación para el ajuste de dichos parámetros.
Finalmente, una última ventaja de este sistema de iluminación...
Reivindicaciones:
1. Dispositivo de iluminación activo binario para piezas transparentes que comprende una fuente de iluminación (1) y medios capaces de generar un patrón binario de franjas luminosas y oscuras alternantes (3) , caracterizado porque
los medios capaces de generar el patrón binario son una malla de un panel LCD y la fuente de iluminación es de una luminancia entre 100 y 50000 lux.
2. Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado porque comprende además un difusor (2) de luz entre la 10 fuente de iluminación (1) y la malla LCD (3) .
3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende un aislante térmico entre la fuente de luz (1) y la malla de LCD.
5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la fuente de iluminación es una pluralidad de LEDs. OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPANA INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA 51 Int. Cl. Ver Hoja Adicional 21 N.O solicitud: 200930628 22 Fecha de presentación de la solicitud: 27.08.2009 32 Fecha de prioridad: DOCUMENTOS RELEVANTES INFORME DEL ESTADO DE LA TECNICA CLASIFICACION OBJETO DE LA SOLICITUD G01N211958 (2006.01) G01N21188 (2006.01) G01811125 (2006.01) G01811130 (2006.01) G02F1113 (2006.01) Documentación minima buscada (sistema de clasificación seguido de los simbolos de clasificación) G01N, G01B, G02F Bases de datos electrónicas consultadas durante la busqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, terminos de busqueda utilizados) INVENES, EPODOC Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 13.07.2011 Declaración Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y tecnico de la solicitud (Articulo 31.2 Ley 11/1986) . La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. 1. Documentos considerados. A continuación se relacionanlos documentos pertenecientes al estado de la tecnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. 2. Declaración motivada segun los articulos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración De todos los documentos encontrados se considera que el documento US 2008111989 A1 es el mas próximo del estado de la tecnica, a partir de ahora se nombrara como D1. El documento US 2007081344 se nombrara como D2. A continuación se comparan las reivindicaciones de la solicitud con este documento. El documento D1 muestra un dispositivo de iluminación activo binario para piezas transparentes (ver parrafo 11) que comprende una fuente de iluminación (100) y medios capaces de generar un patrón binario de franjas luminosas y oscuras alternantes (100) , en el que los medios capaces de generar el patrón binario son una malla de un panel LCD. Por lo tanto la primera reivindicación de la solicitud que se analiza presenta las siguientes diferencias respecto al documento D1: - Primera diferencia: el documento D1 no contempla de manera separada una fuente de iluminación y una pantalla de cristal liquido. Respecto a esta primera diferencia es preciso indicar que el documento D1 tiene integrado dentro del propio dispositivo de pantalla de cristal liquido o LCD la fuente de iluminación. Por lo tanto, la diferencia anteriormente mencionada no tendria un efecto tecnico sobre el documento D1. El problema tecnico objetivo en este caso seria cómo encontrar una alternativa a la solución estructural contemplada en la primera reivindicación. Dicha variante constructiva se considera dentro del alcance de la practica habitual seguida por el experto en la materia en la fecha en la que la solicitud se present6, puesto que es conocido que las pantallas modernas LCD son construidas con una fuente de luz interna que es usualmente la primera capa del fondo del panel. - Segunda diferencia: la primera reivindicación de la solicitud indica que la fuente de iluminación es de una iluminancia entre 100 y 50000 lux. Se considera que esta diferencia respecto al documento D1 consiste en la selección de un rango que no presenta efectos o propiedades inesperadas. Ademas, de la lectura de la solicitud no se desprenden detallesque justifiquen la elección de dicho rango de valores y la elección de tal valor seria arbitraria. Por lo tanto, la primera reivindicación careceria de actividad inventivatal y como se establece en el Articulo 8 de la Ley Espanola de Patentes, Ley 11/1986 del 20 de Marzo. El documento D1 no muestra un difusor de luz ente la fuente de iluminación (100) y la malla LCD (100) . Se considera que el hecho de integrar un difusor entre la fuente de iluminación y la malla LCD es algo perteneciente al conocimiento comun tecnico y su implementación en el documento D1 seria evidente para un experto en la materia en la fecha de la solicitud. Para apoyar esta afirmación basta dirigirse, por ejemplo, al documento citado con la categoria A en el informe US2005035311, que divulga un difusor ubicado sobre unos LEDs para obtener luz difusa, transmitiendo una luz con una distribución de brillo uniforme, evitando sombras y reflejos. Por lo tanto, la segunda reivindicación careceria de actividad inventiva . El documento D1 no muestra un aislante termico entre la fuente de luz y la malla LCD. El efecto tecnico de esta diferencia es que se evita el paso de calor generado por la fuente de luz hacia la malla LCD. El problema del calor generado por las fuentes luminosas de estas aplicaciones es bien conocido. Por lo tanto, la identificación de est e pr oblema n o entranaria actividad i nventiva. La so lución pr opuesta t ampoco ent ranaria a ctividad i nventiva. E l documento D2 (figura 14, parrafos 0107 y 0108) recoge un aislante termico entre la fuente de luz y la malla LCD. La combinación de D1 con D2 no entranaria actividad inventiva: ambos documentos pertenecen al mismo campo del estado de la tecnica, pantallas de cristal liquido o LCD. Por lo tanto, la inclusión del aislante termico entre la fuente de luz y la malla LCD del documento D1 seria evidente para un experto en la materia, y la tercera reivindicación careceria de actividad inventiva. OPINION ESCRITA El documento D2, aunque no muestra especificamente un aislante termico compuesto de un cristal doble separado por aire, si muestra una cavidad aislada termicamente o camara de aire que es montada alrededor del panel LCD. Entre la fuente de luz y y el panel LCD se situa una barrera termica (75) que incluye paredes que tienen partes transparentes con el objetivo de permitir el paso de la luz, ademas indica que pueden ser hechos de cristal para aumentar la resistencia. Por lo tanto esta caracteristica proporciona las mismas ventajas que en la presente solicitud. Por todo lo anterior, la cuarta reivindicación careceria de actividad inventiva. El documento D2 muestra que la fuente de iluminación es una pluralidad de LEDs o lamparas fluorescentes. Por esta razón, las reivindicaciones quinta y sextas carecerian de actividad inventiva . Tal como indica el articulo 5.2.c del Reglamento 2245/1986 de ejecución de la Ley de Patentes, y con objeto de obtener una mejor comprensión de la invención, se sugiere que en fases posteriores del procedimiento se incluya en la descripción una indicación de los documentos D1 y D2, comentando cual es la aportación mas importante que hacen al estado de la tecnica. Dicha indicación no puede ampliar el objeto de la invención, tal y como fue originalmente presentada 15 4. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque el aislante térmico está compuesto de un cristal doble separado por aire.
20 6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque la fuente de iluminación es una pluralidad de tubos fluorescentes.
OPINION ESCRITA
Base de la Opinión.
OPINION ESCRITA
Primera reivindicación
Segunda reivindicación
Tercera reivindicación
Cuarta reivindicación
Reivindicaciones ºuinta y sexta
Patentes similares o relacionadas:
Procedimiento y dispositivo para visualizar una imagen, del 29 de Julio de 2020, de DOLBY LABORATORIES LICENSING CORPORATION: Una visualización de tipo proyección (10B, 10C), que comprende:
una fuente de luz y un primer modulador espacial de luz (16, 16a) ubicado para modular […]
Dispositivo integrado de tableta inteligente y método de montaje del mismo, del 17 de Junio de 2020, de Guangzhou Shirui Electronics Co., Ltd: Un PC de tableta inteligente de todo en uno, en el que el mismo comprende: una pantalla , un vidrio , un módulo táctil con infrarrojo, una carcasa trasera […]
Dispositivo de cálculo de patrón de modulación, dispositivo de control de luz, método de cálculo de patrón de modulación, programa de cálculo de patrón de modulación y medio de almacenamiento, del 3 de Junio de 2020, de HAMAMATSU PHOTONICS K.K.: Un aparato de cálculo de patrón de modulación configurado para calcular un patrón de modulación presentado en un modulador de luz espacial para modular al […]
Dispositivo de fabricación de pantallas curvas y método de fabricación de pantallas curvas, del 3 de Junio de 2020, de Tovis Co., Ltd: Un aparato de fabricación de pantallas curvas para fabricar una pantalla curva doblando un panel de pantalla en una forma curva, que comprende: […]
DISPOSITIVO OPTICO CONFIGURABLE, del 19 de Marzo de 2020, de UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID: Dispositivo óptico configurable que comprende un elemento óptico , o varios elementos ópticos dispuestos en cascada, donde cada elemento […]
Dispositivo de cálculo de patrón de modulación, dispositivo de control de luz, método de cálculo de patrón de modulación, programa de cálculo de patrón de modulación y medio de almacenamiento, del 14 de Agosto de 2019, de HAMAMATSU PHOTONICS K.K.: Un aparato de cálculo de patrón de modulación para calcular un patrón de modulación presentado en un modulador de luz espacial para modular un espectro de intensidad de luz […]
Dispositivo de cristal líquido termotrópico estabilizado por polímero, del 31 de Julio de 2019, de Ravenbrick, LLC: Dispositivo de filtro de cristal líquido termotrópico estabilizado por polímero redimensionable , para la utilización en materiales de construcción reguladores […]
Filtro óptico conmutado térmicamente que incorpora una arquitectura de huésped-hospedador, del 6 de Mayo de 2019, de Ravenbrick, LLC: Ventana que comprende un dispositivo de filtro termocrómico , que comprende: un material portador termotrópico, que proporciona […]