반사를 이용한 평면 유리 형태의 실험실 감지

날짜: 2022년 12월 21일

저자: Vlastimil Hotar, Ondrej Matusek 및 Jan Svoboda

원천:MATEC 웹 컨퍼런스, 89(2017) 01007

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

유리는 큰 입사각에서 반사됩니다. 이 특성을 모양 감지에 사용하는 것이 연구의 기본 목표입니다. 평면 유리에서 2D 형상을 감지하는 것은 연구 초기에 사용된 비교적 간단한 예입니다. 감지는 큰 입사각에서 물체 캡처, 포함 왜곡 및 스캔의 기타 광학적 결함, 모양 재구성의 세 단계를 기반으로 합니다.

유리 산업의 모니터링 및 제어용 비전 시스템은 특히 용기 유리 제품, 창유리 및 자동차 유리의 품질 모니터링에 적용됩니다. 유리 산업에서 비전 시스템 애플리케이션의 가능성은 주로 제품 계산, 측정 및 품질 생산 모니터링, 형상 인식, 위치 지정 및 생산 모니터링 및 피드백을 사용한 제어입니다. 수십 년 동안 머신 비전에 대한 집중적인 연구에도 불구하고 유리는 특별한 특성을 갖고 있기 때문에 일부 특정 문제에 대한 솔루션을 찾기 위한 연구 분야는 여전히 넓습니다[1]. 가장 큰 문제는 무색유리의 투명성이다.

시스템에는 용해된 유리와 차가운 유리 반제품 또는 최종 제품을 모니터링하기 위한 다양한 요구 사항이 있습니다. 모니터링 및/또는 제어 시스템의 일반적이고 일반적인 계획은 그림 1에 나와 있습니다. 그림에 언급된 모든 장비를 생산 데이터 분석에 사용해야 하는 것은 아닙니다.

시스템은 일반적으로 특정 부품으로 구성되며 유리 생산에 적용하려면 다음과 같은 몇 가지 특정 요구 사항이 있습니다.

유리생산기계 및 로봇공학과의 연구는 프랙탈 차원을 이용한 구조화된 이미지 분석에 중점을 두고 있습니다[3]. 데이터는 디지털 이미지의 특성을 가지며 구분선(예: 프로파일[4], 거칠기 및 빛과 그림자의 구분선)을 얻습니다. 분석은 예를 들어 얼룩말 판의 반사를 사용하는 주름에 적용됩니다[5]. 유리 물체 감지를 위해 반사를 사용하는 아이디어는 이 응용 프로그램에서 비롯되었습니다.

빛이 주어진 굴절률 ni(공기)의 매질에서 굴절률 nt의 두 번째 매질(유리)로 이동할 때 빛의 반사와 굴절이 모두 발생할 수 있습니다[6]. 그림 2에서 입사 광선 PO는 굴절률 ni와 nt의 두 매체 사이의 경계면 O 지점에 부딪칩니다. 광선의 일부는 광선 OQ로 반사되고 일부는 광선 OS로 굴절됩니다. 입사 광선이 경계면의 법선에 대해 반사 및 굴절되는 각도는 i, r 및 t로 제공됩니다. 이 각도 사이의 관계는 반사 법칙에 의해 제공됩니다.

그리고 스넬의 법칙:

인터페이스에서 반사되는 입사 전력의 비율은 다음과 같이 지정됩니다.반사율R과 굴절된 부분은 다음과 같이 주어진다.투과율T. 수직 입사(입사각 θᵢₜθₜₜₜ0) 하에서 재료에서 반사되는 빛의 양은 면의 지수 변화 제곱에 비례합니다.

공기 중 일반 유리의 경우 nᵢ = 1 및 nₜ = 1.5입니다. 따라서 약 = 4%의 빛이 반사됩니다. 평면 유리에 의한 반사는 앞면과 뒷면에서 이루어지며 일부 빛은 두 면 사이에서 여러 번 앞뒤로 반사됩니다. 이 경우 결합된 반사 계수 Rg는 다음과 같습니다.

간섭을 무시할 수 있는 경우 Rg = 7.7%입니다. 그러나 반사는 의도한 감지에 충분하지 않으며 높은 각도의 조명을 사용해야 합니다.

R과 T의 계산은 입사 광선의 편광에 따라 달라집니다. 프레넬 방정식(단순화 후)을 사용하여 그림 2의 다이어그램 평면에 수직인 빛의 전기장으로 편광된 빛에 대한 방정식을 사용하면 반사율 R⊥