Brevet FR2499269A1 — publié le 19820806

L'invention se rapporte à un ensemble d'acquisition d'images à haute résolution en vue d'une exploitation industrielle par un moyen informatique, notamment en vue de l'automatisation des contrôles de qualité. Cet ensemble a été conçu plus particulièrement pour' transmettre à une unité informatique les détails de la transformée de FOURIER optique d'un objet donné non opaque dont la dynamique très élevée exclut l'utilisation de systèmes d'acquisition conventionnels tels que caméras. Les produits à analyser en milieu industriel, par exemple en sortie de chaîne de fabrication, apparaissent de plus en plus fréquemment au niveau du contrôle de qualitis sous forme d'images en raison de l'éloignement au système d'exploitation, des conditions locales sévères (température, atmosphère chargée chimiquement, . . .) mais aussi pour des raisons de commodité ou toute autre. Afin de pouvoir exploiter industriellement avec efficacité les informations contenues dans ces images, il est nécessaire de disposer en amont du moyen informatique de traitement d'un ensemble d'acquisition d'images qui convertira un volume suffisant d'informations purement optiques en données numériques. Selon l'importance du volume J' intormations fournies au moyen informatique, on pourra élaborer des chaînes plus ou moins per formantes d'automatismes et réstoudre ainsi par l'automatisme une multitude de difficultés industriel les. Les systèmes d'analyse à camera existant actuellement ne permettent pas d'acquérir toutes les informations contenues dans des images bidimensionnelles en raison d'abord des limitations en dynamique et de l'absence d'uni- formité dans la courbe de réponse mais aussi en raison des aberrations et des distorsions apportées par le tube vidéo. A titre d'exemple, une caméra de télévision est limitée à une précision de l'ordre de 20 niveaux de gris séparables alors que l'ensemble selon l'invention permet de porter cette prét'. i s i on au moins jusqu'à # 000 niveaux dans sa version à balayage mécanique. L'invention a pour but d'analyser' et de transmeftre à un moyen informatique avec un degré de précision tout à fait intéressant, les détails d'une image en vue d'une application industrielle, par exemple le contrôle de qualité d'un produit manufacturé. Ce contrôle pourra être effectué soit en différé sur une image fixe soit en temps réel sur une image immobilisée momentanément pour la réalisation d'une chaîne permettant des contrôles de qualité ou de reconnaissance de formes en automatique. Une des applications les plus importantes de l'invention consiste à analyser et à transmettre à un moyen informatique certaines transformées globales d'une image tridimensionnelle en éclairant un échantillon non opaque par une onde plane cohérente monochromatique. L' image ainsi formée représente avec une bonne approximation la transformée de FOURIER optique et contient, sous forme bidimensionnelle, toutes les informations relatives à la structure de l'objet. La haute résolution et la grande dynamique de l'ensemble d'acquisition selon l'invention laissent espérer des applications multiples dans les domaines les plus variés. On peut déjà citer de façon certaine les domaines d'applications suivants : métrologie, détection des défauts de surface, reconnaissance des formes en boucle robotique, contrôle d'uniformité de systèmes émettant de la lumière tels que tubes vidéo, matrices de diodes, écrans à plasma, lasers, ainsi que toutes les applications au traitement d'images indispensssble dans les domaines suivants : échographie, thermographie, rddiogra- phie, astronomie, microscopie.. Plus précisément, l'invention semble particulièrement bien adaptée et trouvera une application industrielle intéressante dans le contrôle automatique de la qualité des textiles, la recherche et la reproduction de microcircuits, dans la fabrication en micro et macrolithographie. Les avantages généraux propres à l'ensemble selon l'invention découlent de la grande uniformité géométrique de réponse. Ils permettent de pratiquer une analyse et un traitement d'images à haute résolution. L'ensemble selon l'invention permet de travailler sur des images réelles ou virtuelles et en temps réel dans son mode de réa isation le plus élaboré. Sa seule limitation provient du temps de balayage et d'analyse. I I pourra insi étendre l'automa- tisation dans les chaînes de fabrication à un niveau bien supérieur à celui existant actuellement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont développés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple sur un mode de réalisation de l'invention en référence aux dessins accompagnants dans lesquels . la figure 1 est le schéma général de l'ensemble d'acquisition d'images selon l'invention dans sa version de base; la figure 2 est le schéma général de l'ensemble d'acquisition d'images selon l'invention dans sa version élaborée; la l'igue 3 est le schéma de détail de l'unité de traitement du signal; . la figure 4 est le schéma de détail d'un système de balayage à tête d'exploration pourvue des capteurs sur table micrométrique et ses circuits associés de commande et de traitement. On se réfèra tout d'abord aux figures 1 et 2. On forme à partir d'une source photonique 1 de lumière cohérente un faisceau uniforme 2 par l'intermédiaire d'un système optique 3 suivi d'un diaphragme 4. Le faisceau est dévié à l'aide d'un miroir semi- réfléchissant 5 en un faisceau réfléchi 6 vers un capteur de référence CR pour former un signal de référence qui sera utilisé ultérieurement dans l'unité de traitement du signal pour compenser les fluctuations en intensité de la source photonique 1. Le faisceau émergeant 7 est projeté sur l'échantillon 8 à analyser ou sur son image photographique. Cet échantillon transparent, translucide ou en texture maillée, ou son image, diffracte le faisceau incident en fonction de ses caractéristiques propres de structure. La pièce analysée peut être constituée par un échantillon d'une production ou par son image photographique placé(e) sur une monture fixe. La surface totale de l'échantillon correspond à la zone de scrutation ou à une partie de celle-ci. On envisage, da os le c as de la version elt alorét', d'effectuer un contrôle constant au cours d'une production en continu. Ce contrôle suppose une immobilisation momentanée du produit devant la zone d'analyse et, par conséquent, une avance par saccades à l'aide d'un dis positif approprié. Le faisceau diffracté traverse un système optique 9 qui forme une image de l'échantillon 8 ou de sa représentation photographique dans son plan focal 10 coincidant parfaitement avec la surface d'exploration d'un ensemble d'analyse 11 du type à balayage mécanique 12 ou à balayage électronique 13. La version de réalisation de l'ensemble d'analyse Il à balayage mécanique 12 comprend une tête d'exploration 14, par exemple à quatre capteurs 15 explorant chacun un quart de la surface de scrutation animée par une table micrométrique TM. Cette version est plus particulièrement adaptée à l'analyse et à l'acquisition d'échantillons et de reproductions photographiques en temps différé. La version de réalisation de l'ensemble d'analyse il à balayage électronique 13 comprend une matrice de diodes consultées successivement à grande vitesse ou tout équivalent. Les signaux fournis par ses capteurs ou par la matrice de diodes sont traités dans un bloc de traitement TS avant leur exploitation par un moyen informatique MI en vue de la présentation des résultats sous les formes les plus appropriées que permettent actuellement les techniques informatiques ou # dt leur utilisation ultérieure dans une chaîne d'automatisation 16 en production industriel le du type, par exemple, boucle robotique BR qui pourra agir sur certains organes de la chaîne de production 17 tels, par exemple, la boudineuse d'une tête d'extrusion, la commande d'une machine textile, ... . Le moyen informatique comprend des périphériques de dialogue, par exemple un pupitre de commande et des organes de visualisation représentés par le bloc PF permettant à l'opérateur d'intervenir à tout moment. On détaillera ci-après le bloc de fi'aitement du du signal TS et ses circuits associés en se réfr'rant aux iigures 3 et 4. Le module de traitement du signal se décompose en un bloc de traitement analogique A qui reçoit directement le signal des capteurs 15 montés sur la tête d'exploration ou du système d'analyse statique de l'imge pi'evti dans I 'ensemble à balayage électronique 13. Ce bloc de traitement analogique se compose de plusieurs chaînes en parallèles aboutissant à une unité de multiplexage MX. Chaque chaîne comprend un intégrateur 18 suivi d'un échantillonneur bloqueur I'). Les signaux sont adaptés et comparés successivement au signal de référence donée par le capteur de référence CR. Ils sont transformés en informations numériques par le convertisseur CAD et transmis au moyen informatique MI après adaptation dans l'interface ordinateur IT. La commande CM du balayage mécanique est donnée par le convertisseur CAD à travers des cartes de contrôle logique CCL vers la table micrométrique TM de déplacement mécanique de la tête d'exploration. Le balayage électronique ne nécessite aucune commando particulière de ce type, par exemple de moteurs "pas à pas" pour des déplacements linéaires selon deux directions orthogonales mais une commande à base de temps et à décalage pour les lignes et colonnes de la matrice des éléments photosensibles. Une sortie analogique adaptée SA peut être utilisée pour des visualisations graphiques telles que table traçante TT, scope SC ou autre. Le principal avantage de l'ensemble d'acquisition selon l'invention réside dans sa grande précision. Son emploi ne se justifie que dans les cas où la précision que l'on veut obtenir se situe en dehors des limites des systèmes d'acquisition plus rapides. il est bien entendu que diverses modifications simples et du domaine des équivalents apportées à l'invention ne sauraient faire sortir du cadre de la présente protection. KEVEND I CATI ONS 1. Ensemble d'acquisition d'images à haute résolution en vue d'une exploitation industrielle par un moyen informatique caractérisé en ce qu'il comprend en association une source photonique LS de I urri ière cohérente dont le faisceau éclaire un échdntillon (X) ou sa représentation photographique et un capteur de référence CR en vue de la formation de l'image de l'échantillon dans le plan focal (10) d'un système optique (9) coïncidant avec la surface d'exploration d'un ensemble d'analyse (11) à balayage mécanique (12) ou électronique (13) dont le signal est traité avec celui du capteur CK dans une unité TS pour son exploitation par un moyen informatique MI en vue d'une pplication industrielle d'automdtisation, par exemple par boucle robotique BR. 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérise en ce que l'ensemble d'analyse (11) se compose d'une tôte d'exploration (14) à quatre capteurs animée par une table micrométrique TM. 3. Ensemble selon la revendication 1 car actérisé en ce que l'unité de traitement se compose d'un bloc de traitement analogique A suivi d'un convertisseur en informations numériques CAf). 4. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc de traitement analogique A comprend pour chaque capteur une chaîne formée d'un intégrateur (luts) et d'un échantillon neur bloqueur (19) aboutissant à une unité de multiplexage MX, le bloc A comprenant également une voie séparée pour la tension de référence donnée par le capteur CR. 5. Ensemble selon la revendication 1 caractérise en ce que les niveaux de tension fournis par les capteurs sont comparés en permanence aux niveaux fournis par le capteur de référence CR.