Brevet FR2493520A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne un dispositif d'analyse de l'état d'une surface, par réflexion ou par transparence à l'aide d'un rayonnement lumineux émis dans le spectre visible ou non visible. Dans de multiples domaines, il est nécessaire de connaître l'état d'une surface. Or pour effectuer une telle analyse à 1'aide d'une machine, il faut trouver des paramètres liés à l'état de la surface et d'en déduire des signaux utilisables. Or souvent l'appréciation de l'état d'une surface relève de critères subjectifs. De façon plus particulière, dans l'industrie du bois, par exemple dans la fabrication de lames de parquets ou autres, lorsque l'état de surface, la présence de noeuds ou de défauts constituent un élément déterminant pour le classement qualitatif du produit. Dans certains cas, il est exclu d'accepter des produits présentant par exemple des noeuds ou des taches. Or, comme les lames sont en général des morceaux d'une longueur relativement faible, de 60 à 80 cm, coupés dans des pièces de plus grande longueur (2 m à 3 m), il serait possible de ne pas attribuer une catégorie de qualité à l'ensemble de la pièce de bois lorsqu'une partie seulement de la pièce est défectueuse. Les contrôles sont faits actuellement à la vue, le contrôleur repérant la zone de la tache, pour qu'au cours de la suite des opérations, on puisse enlever la partie défectueuse, par exemple en la coupant ou encore tenir compte, de façon générale, de cette partie défectueuse pour le classement des produits en diverses catégories. La difficulté principale de cette analyse est qu'elle doit s'appliquer à des produits de teintes très différentes et ne peut se limiter à une teinte particulière fixée au début des opérations. En d'autres termes, il faut que l'appareil puisse indifféremment passer d'un état de surface à un autre de façon quasi automatique sans nécessiter de réglage particulier. En effet, comme l'élément décisif du choix de qualité d'un produit en fonction de son état de surface est la régularité d'état de la surface et non pas une teinte ou une certaine transparence prises de façon absolue, il faut qu'il existe une telle possibilité de réglage. La présente invention a pour but de créer un dispositif d'analyse de l'état d'une surface ou de la transparence d'un matériau, tel qu'une planche, une vitre, etc ... pour déceler les variations importantes de coloration locale, les teintes, les défauts de couleur, etc ... avec des moyens simples, permettant un fonctionnement quasi automatique pour pouvoir traiter indifféremment et de façon successive des produits de teinte différente ou d'état de surface, de transparence etc ... différents d'un produit à l'autre. A cet effet, l'invention concerne une installation du type ci-dessus, caractérisée par - un détecteur formé d'un émetteur éclairant la surface à exa miner, et d'un capteur optique formé d'une succession d'élé ments photo-optoélectroniques situés dans une première direc tion par rapport à la surface examinée, - des moyens pour déplacer le capteur suivant une seconde direction par rapport à la surface examinée, pour recevoir la lumière de l'émetteur réfléchie ou transmise par la sur face et balayer cette surface, - un circuit d'exploitation recevant les signaux du capteur, dans un ordre donné, et comportant un circuit de traitement se composant de deux branches dont l'une comporte un amplifi cateur donnant un signal, l'autre branche comportant un cir cuit amplificateur et un-circuit de lissage donnant un signal amplifié et lissé, un comparateur recevant les deux signaux pour en faire la différence et donner un signal de différence, - un circuit de déclenchement à seuil ne retenant dans le signal de différence que les amplitudes supérieures à un seuil déter miné, constituant les impulsions de détection et un circuit de calcul comportant une mémoire pour enregistrer les impul sions de détection, - un circuit de détection de début et de fin de surface à analy ser de façon à situer exactement les défauts sur l'axe X. Le dispositif, selon l'invention, effectue une comparaison relative entre l'état général de la surface analysée et l'état local. Cette comparaison et analyse relatives permettent de déceler les variations locales, dépassant un certain seuil, sans considérer comme défectueuse une pièce qui aurait par exemple une teinte uniforme mais foncée après que l'analyse précédente ait porté sur une pièce, claire. En d'autres termes, le dispositif fait une analyse relative en comparant la teinte ou la transparence d'une surface limitée ou ponctuelle à la teinte de l'ensemble et à retenir cette surface comme défectueuse si la différence est notable. Le dispositif est suffisamment sensible pour considérer comme défaut une tache sombre sur une pièce uniformément claire, même si cette tache sombre est moins sombre que la teinte sombre uniforme d'une autre pièce. Cette analyse relative et non pas absolue de l'état de la surface des pièces permet de localiser, de façon précise, les défauts par rapport aux dimensions des pièces analysées, en évitant de rejeter au rebut des pièces d'aspect uniforme. Comme, par ailleurs, les taches sont localisées de façon précise en coordonnées rapportees a' la pièce, il est alors simple d'utiliser ce résultat de détection pour la commande d'une installation destinée en particulier à éliminer de tels défauts ou taches ou d'en tenir compte pour la découpe de pièces suivant des conditions optimales en fonction de la demande en pièce. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif d'analyse selon l'invention - la figure 2 est une vue en perspective de détail de l'analyse d'une surface - les figures 3A-3D représentent des courbes des signaux en différents points du dispositif selon la figure 1. La figure I montre schématiquement en perspective un dispositif d'analyse de l'état d'une surface SU d'une pièce plane telle qu'un panneau, une planche, etc. de nature transparente ou opaque. Dans le cas d'un matériau transparent, le dispositif a pour but de détecter la transparence et de déceler des défauts (inclusion, opacité, différence de teintes). Dans le cas d'un matériau opaque, le dispositif a pour but de déceler les défauts de teinte, d'état de surface et, de façon générale, les défauts ou changements d'aspects. La figure 1 montre un dispositif d'analyse formé d'un détecteur alimentant des circuits électroniques 1 à 7 de traitement des signaux fournis par le détecteur en des signaux exploitables en aval par un circuit de calcul 8. Ces différents circuits font partie d'un système électronique informatisé susceptible a d'être réalisé de différentes façons.La description de la figure 1 se limitera à la description des circuits 1 à 8 alors que la description de la figure 4 montrera la relation entre ces circuits 1 à 8 et les autres parties du système informatique ainsi que les installations qui peuvent être commandées par ce système Le capteur C formé d'éléments optoélectroniques, tels que des phototransistors ou des photodiodes, est relié à un circuit d'exploitation 1 qui commande le capteur C et balaye ses éléments optoélectroniques pour donner un signal S1. Ce signal S1 est formé par la succession des signaux de chaque élément du capteur C, l'ensemble donnant un signal global rectangulaire avec des creux correspondant aux éléments n'ayant pas reçu de lumière de la surface SU. Le signal S1 est amplifié en parallèle par un amplificateur à gain réglable 2 donnant un signal S2 et un amplificateur à gain fixe donnant le signal S3. Ce signal est lissé dans un circuit d'intégration et de lissage 4 donnant le signal 84. Les signaux S2, 84 alimentent les deux entrées d'un comparateur 5 donnant un signal de comparaison S5 correspondant à la différence des signaux S4, S2. Le signal 85 est amplifié et mis en forme par l'amplificateur 6 donnant un signal 86 attaquant un circuit déclencheur à seuil 7 qui fournit des signaux rectangulaires au circuit de calcul 8. Chaque impulsion rectangulaire obtenue à la sortie du circuit 7 correspond à un élément du capteur C, non mis en oeuvre par une position de balayage ou d'analyse de la pièce , cela permet de repérer la tache ou défaut T à la surface SU de la pièce. Le circuit de calcul 8 tenant compte d'un programme prédéterminé et d'informationsextérieures commande l'installation pour tenir compte de la tache T de chaque pièce. Le signal S7 est également appliqué à un circuit de détection de début et de fin de pièce qui fournit un signal au au circuit de calcul 8. La figure 2 montre la disposition relative de l'émetteur E, du capteur C et de la surface SU analysée. Dans la suite de la description et notamment pour les figures 2 et 4, pour simplifier l'exposé, l'une des directions de défilement des pièces sera la direction X (correspondant sensiblement à la direction horizontale des figures) et l'autre direction sera la direction Y (correspondant sensiblement à la direction verticale). Toutefois en pratique, ces directions ne sont pas nécessairement perpendiculaires. Selon la figure 2, la surface examinée SU, assimilable en général à une pièce rectangulaire, défile dans le dispositif d'analyse (E, C) suivant la direction X à la vitesse V. Cette pièce est par exemple entraînée par un transporteur sans fin non représenté. La surface SU de la pièce présente une tache T ou autre défaut que le dispositif d'analyse doit localiser par rapport à la pièce et dont il doit déterminer le contour. L'émetteur de lumière E est placé au-dessus du chemin de défilement de la pièce SU et le capteur C en-dessous de la pièce étant donné que, pour simplifier la figure 2, on suppose que la pièce SU est transparente et que le défaut T est constitué par une tache T plus ou moins opaque. L'émetteur E est par exemple constitué par une rampe lumineuse éclairant une zone allongée suivant la direc est tion Y. Le capteur C est le composé des éléments C1 ... Cm alignés dans la direction Y sous le chemin de défilement de la pièce SU (détection par transparence) ou dans la direction de renvoi de la lumière (détection par réflexion). Les éléments C1 - Cn+l Cn+3 --- .... Cm reçoivent la lumière alors que l'élément Cn+2 qui se trouve au niveau de la tache T ne reçoit pas de lumière. Les éléments C1 - C sont intérrogés ou balayés m périodiquement par le circuit d'exploitation 1 qui donne un signal S1 de type série Le niveau du signal S1 est formé d'une succession de signaux dont le niveau est le suivant niveau haut : N2 lorsque le signal lumineux reçu par l'élément C. du capteur C reçoit le maximum de lumière de l'émetteur E soit par transparence soit par réflexion. Niveau intermédiaire : N1 Lorsque la lumière de l'émetteur E n'atteint l'élément C. qu'après avoir traversé une tache T ou avoir été réfléchi par celle-ci. niveau bas : No lorsque l'élément C1 ne reçoit pas de lumière. Le signal S1 est au niveau No avant le signal de l'élément C1 et après le signal de 1'élément C m La surface SU de la pièce défilant à une vitesse connue V et le balayage des éléments (C1 - C du capteur C se faisant à une fréquence déterminée, il est possible d'analyser et d'enregistrer en mémoire les points de coordonnées (Xi, C.) de la surface SU. Bien que ce mode d'analyse permette de localiser de façon automatique, précise, les coordonnées des taches T en repérant ces taches par rapport aux axes OA, OB formés par le bord avant et l'un des bords latéraux de la pièce, il est possible dans beaucoup de cas de simplifier le système pour réduire le volume des mémoires nécessaires. Ainsi, dans le cas de pièces allongées de largeur relativement réduite, il suffit de connaître la coordonnée xl du début d'une tache et la coordonnée x2 de l'extrémité arrière de la tache T, la forme intermédiaire de la tache n'important pas puisque la pièce est coupée en xl et x2. Les chronogrammes des figures 3A - 3C correspondent aux signaux S1, S2, S4, S5. La figure 3A montre un chronogramme unique par les signaux S1, S2 puisque ces deux signaux ne diffèrent que par leur amplitude. Pour les besoins de l'exposé, on peut les supposer égaux. Avant le signal élémentaire du premier élément photosensible C1 du capteur C, le signal S2 est au niveau bas No. Puis en supposant que la partie de la surface de la pièce SU qui passe devant l'élément C1 soit sans tache, cet élément donne un signal élémentaire de niveau haut N2. Le signal S2 conserve ce niveau haut N2 jusqu'au signal de l'élément Cn+2 (voir figure 2, correspondant à la tache T) qui donne un niveau faible N1. Comme pour ce balayage des éléments Ci, seul l'élément Cn+2 se trouve en regard de la tache T, les signaux des autres éléments Cn+3 .... Cm sont également de niveau haut N2. Puis, après le signal de l'élément Cm, le niveau revient à No. Après un intervalle, le circuit d'exploitation 8 balaye de nouveau les éléments C. du capteur C et fournit un nouveau signal de balayage correspondant à une coordonnée x différente. De façon analogue à un signal vidéo, bien que pendant le balayage des éléments C., la surface SU se déplace suivant la vitesse V par rapport- au capteur C, et que de ce fait les points de la surface SU analysés par le capteur C ne soient pas sur une ligne perpendiculaire à l'axe de déplacement (X), cette légère inclinaison dépendant à la fois de la vitesse de défilement V et de la vitesse de balayage est négligeable pour la précision recherchée dans cette analyse. La figure 3B montre le chronogramme du signal S4 après lissage. Ce signal se distingue du signal S2 par l'atténuation des points de niveau N2 ainsi que de la crevasse de l'élément Cn+2 qui est maintenant plus arrondie et se trouve au niveau N3. Suivant le choix des composants du circuit de lissage 4, on peut attenuer plus ou moins la crevasse de l'élément Cn+2 ( niveau N3 ou N3,). La figure 3C est le chronogramme du signal Ss représentant la différence des signaux S4 et S2, c'est-à-dire la différence des chronogrammes des figures 3A et 3B. Dans cette courbe, une partie du signal de l'élément Cn+2 dépasse le niveau N4. Ce niveau N4 est fixé au choix en fonction de la finesse voulue de la sélection des défauts T. La figure 3D montre le signal rectangulaire ou impulsion de détection S7 obtenu à partir du signal S5 ; ce signal S7 correspond au dépassement du niveau N4 pour le signal S5. I1 est évident que, dans un but de simplification, l'exposé ci-dessus a supposé l'existence d'un seul signal de défaut fourni pour un certain balayage (pour une certaine position relative de la surface SU par rapport au capteur C). En pratique, la résolution du capteur, c'est-à-dire le nombre d'éléments C. par unité de longueur est relativement important si bien qu'en général une tache a une largeur correspondant à plusieurs éléments C. donnant finalement un signal rectangulaire s'étendant sur la position de plusieurs éléments Ci. REVEND I CATI ON Dispositif d'analyse de l'état d'une surface, telle que de l'état d'une planche, d'une vitre ou autre, dispositif caractérisé par - un détecteur formé d'un émetteur (E) éclairant la surface (SU) à examiner, et d'un capteur optique (C) formé d'une succession d'éléments (Ci) photo-optoélectroniques situés dans une pre mière direction (Y) par rapport àpla surface examinée (SU), - des moyens pour déplacer le capteur (C) suivant une seconde direction (X) par rapport à la surface examinée, pour recevoir la lumière de l'émetteur (E) réfléchie ou transmise par la surface (SU) et balayer cette surface, - un circuit d'exploitation (1) recevant les signaux du capteur, dans un ordre donné, et comportant un circuit de traitement (2, 7) se composant de deux branches dont l'une comporte un amplificateur (2) donnant un signal (S2), l'autre branche comportant un circuit amplificateur (3) et un circuit de lis sage (4) donnant un signal amplifié et lissé (S4), un compara teur (5) recevant les deux signaux (S2, S4) pour en faire la différence et donner un signal de différence - un circuit de déclenchement (7, 8) à seuil ne retenant dans le signal de différence que les amplitudes supérieures à un seuil déterminé (N4), constituant les impulsions de détection, et un circuit de calcul (8) comportant une mémoire pour enre gistrer les impulsions de détection, - un circuit de détection de début et de fin de surface à ana lyser de façon à situer- exactement les défauts sur l'axe (X).