Détection en laboratoire de formes de verre plat grâce à sa réflexion

Date : 21 décembre 2022

Auteurs : Vlastimil Hotar, Ondrej Matusek et Jan Svoboda

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

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

Le verre est réfléchissant dans de grands angles d'incidence. Utiliser cette propriété pour la détection de formes est l’objectif fondamental de la recherche. La détection de formes 2D à partir de verre plat est un exemple relativement simple qui a été utilisé au début de la recherche. La détection repose sur trois étapes : la capture d'un objet dans de grands angles d'incidence, la distorsion d'inclusion et autres défauts optiques du scan, et une reconstruction de la forme.

Les systèmes de vision pour la surveillance et le contrôle dans l'industrie du verre sont utilisés en particulier pour le contrôle de la qualité des produits en verre d'emballage, du verre à vitre et du verre automobile. Les possibilités d'applications du système de vision dans l'industrie du verre sont principalement les suivantes : comptage de produits, mesure et contrôle de la qualité de la production, reconnaissance de forme, suivi et contrôle du positionnement et de la production par retour d'information. Malgré des recherches intensives sur la vision industrielle depuis plusieurs décennies, il s'agit toujours d'un vaste domaine de recherche pour résoudre certains problèmes spécifiques, car le verre possède des propriétés particulières [1]. Le problème majeur est la transparence du verre incolore.

Les systèmes ont des exigences différentes en matière de surveillance de la fonte du verre et des produits semi-finis ou finaux en verre froid. Le schéma typique et général d'un système de surveillance et/ou de contrôle est présenté dans la figure 1. Tous les équipements mentionnés dans la figure ne doivent pas être utilisés pour l'analyse des données de production.

Le système se compose généralement de pièces spécifiques et, pour les applications dans la production de verre, il présente certaines exigences spécifiques :

Les recherches du Département de Machines de Production de Verre et de Robotique se concentrent sur l'analyse d'images structurées utilisant la dimension fractale [3]. Les données ont le caractère d'images numériques et de lignes de démarcation obtenues (par exemple profils [4], rugosité et ligne de démarcation entre la lumière et l'ombre). Les analyses sont appliquées par exemple à une ondulation qui utilise un reflet de plaque zébrée [5]. L'idée d'utiliser la réflexion pour la détection d'objets en verre vient de cette application.

Lorsque la lumière se déplace d'un milieu d'indice de réfraction ni (air) vers un deuxième milieu d'indice de réfraction nt (verre), une réflexion et une réfraction de la lumière peuvent se produire [6]. Sur la figure 2, un rayon lumineux incident PO frappe au point O l'interface entre deux milieux d'indices de réfraction ni et nt. Une partie du rayon est réfléchie sous forme de rayon OQ et une partie réfractée sous forme de rayon OS. Les angles que les rayons incidents réfléchissent et réfractent par rapport à la normale de l'interface sont donnés par i, r et t. La relation entre ces angles est donnée par la loi de la réflexion :

et la loi de Snell :

La fraction de la puissance incidente réfléchie par l’interface est donnée parréflectanceR et la fraction réfractée est donnée par letransmissionT. La quantité de lumière réfléchie par le matériau sous incidence normale (angle d'incidence θᵢ≈θₜ≈0) est proportionnelle au carré du changement d'indice au niveau de la face :

Pour le verre commun dans l'air, nᵢ = 1 et nₜ = 1,5 ; donc environ = 4% de la lumière est réfléchie. Notez que la réflexion par un verre plat se fait aussi bien sur la face avant que sur la face arrière, et qu'une partie de la lumière rebondit plusieurs fois entre les deux côtés. Le coefficient de réflexion combiné Rg dans ce cas est

lorsque les interférences peuvent être négligées, Rg = 7,7 %. Cependant, la réflexion est insuffisante pour la détection prévue et un éclairage sous un angle élevé doit être utilisé.

Les calculs de R et T dépendent de la polarisation du rayon incident. En utilisant les équations de Fresnel (après simplification) les équations de la lumière polarisée avec le champ électrique de la lumière perpendiculaire au plan du diagramme de la figure 2, la réflectance R⊥