Brevet FR2558959A1 — publié le 19850802

La présente invention concerne de manière générale un appareil de contrôle de surfaces d'objets et a trait notainmrent à un appareil de contrôle de surfaces d'objets utilisant un disoositif de conversion photoélectrique ou détecteur tel que camera de télévision. On connait divers appareils de contrôle de surfaces faisant apoel à des caméras de télévision comme détecteurs pour le contrôle des surfaces d'objets permettant de détecter, par exemple, si des défauts tels que défauts de surface existent ou non sur les objets. On va décrire une des caméras de télévision utilisée actuellement dans ces syst.mesde contrôle de surfaces, en se référant à la figure 1. Sur la figure 1, 1 désigne une caméra de télévision jouant le rôle de détecteur et 2 un système optique de photodétection, telle qu'une lentille convexe. 3 désigne la zone de détection d'ijnages de la caméra de télévision 1, c'est- à-dire l'écran cible et 4 l'axe optique du système optique 2. La fonction de formation d'images du système optique utilisé sur une caméra de télévision normale 1 permet, comme cela est bien connude former sur l'écran cible 3 de la camérade télévision 1 une image sensiblement précise de la zone visée située sur un plan 5, se trouvant en un point P sur l'axe optique 4 et en général perpendiculaire à l'axe optique 4. En outre, même si le système optique 2 est réglé pour photodétecter le plan 5, il est bien connu que, grâce à la profondeur de foyer réglable par réglage de l'ouverture du système optique 2, la portion du plan située entre les plans 5 et 52 (représentés 1 2 par des traits interromous), qui sont parallèles au plan au niveau des points Pl et P2 avant et après le point P situé sur l'axe optique 4, peut être formée sur l'écran cible 3 pour obtenir une image sensiblement nette. Par consequent, la caméra de télévision 1 est apte à générer des signaux vidéo utiles pour des objets situés entre les limites indiquées en 6. Or, si on suppose que la surface 7a devant être contrôléed'un objet 7 présente une forme concave, par exemple, comme le montre la figure lpar rapport à la caméra de télévision et que la surface 7a comprend par conséquent des portions qui dépassent les limites indiquées en 6. Si le système optique classique 2 est mis au point sur le plan 5, les images de ces portions dépassantes ne peuvent être formées comme images nettes sur l'écran cible 3 de la caméra de télévision 1 par le système optique 2, ce qui donne une image floue. Par conséquent, la caméra de télévision 1 n'est pas en mesure de générer des signaux vidéo utiles pour ces portions dépassantes, d'o l'impossibilité d'effectuer un contrôle des portions dépassantes en même temps qu'un contrôle des portions situées entre les limites 6. On peut réduire la portion dépassante en réduisant l'ouverture du système optique 2, ce qui a pour effet d'augmenter la profondeur de foyer et d'élargir l'intervalle 6 avant et après le plan 5, mais il y a des limites à cette élargissement de l'intervalle 6. Suivant les degrés de courbure de la surface contrôlée 7a, il est fréquemment impossible de couvrir toutes les portions dépassantes par un simple réglage de l'ouverture du système optique 2. En outre, une telle diminution de l'ouverture du système optique 2 entraîne une diminution de la quantité de lumière traversant le système optique 2. I1 s'ensuit que la quantité de lumière venant frapper l'écran cible 3 de la caméra de télévision 1 est diminuée, elle aussi, ce qui fait que les signaux vidéo sont trop faibles pour permettre d'effectuer le contrôle. Pour résoudre ce problème, il faut augmenter la quantité de lumière émise par la source lumineuse (non représentée sur le dessin) qui illumine la surface contrôlée 7a. Toutefois, il y a des limites à l'augmentation de la quantité de lumière, limites qui ne coincident pas avec le degré de fermeture d'ouverture mentionné ci-dessus. D'un autre côté, on pourrait croire que si l'on monte, sur la caméra de télévision, un objectif de longueur focale importante, par exemple un téléobjectif, on pourrait réaliserune image utile sur l'écran cible de la caméra de télévision de toutes les portions de la surface contrôlée, et ce sans qu'aucune portion ne soit floue. Toutefois, comme cela est bien connu, lorsqu'il s'agit d'utiliser un téléobjectif, sa longueur focale est tellement importante que la caméra de télévision équipée de ce téléobjectif doit être placée à une certaine distance de l'objet contrôlé. Par conséquent, l'utilisation d'un téléobjectif surla caméra de télévision entraIne des problèmes de place, de source lumineuse et en outre, en raison de la longueur focale important, tout mouvement de la caméra de télévision a une plus grande influence sur l'image obtenue. On va donner maintenant davantage de détails du système optique monté sur une caméra de télévision 1 de l'art antérieur en se référant à la figure 2. Comme on le voit sur la figure 2, le système optique, par exemple un objectif convexe2 utilisé sur une caméra de télévision classique 1, a pour rôle de former une image de l'objet 7, courbé de forme concave par rapport à l'objectif 2, comme image 7' qui simule l'objet concave 7 mais dont la concavité est opposée à celle de l'objet 7, par rapport à l'objectif 2, comme le montre la figure 2. Dans ce cas, si la mise au point de l'objectif 2 est réglée sur la partie la plus profonde 0 de l'objet 7, les images des autres portions de l'objet 7 (portions plus rapprochées de l'objectif 2) seront floues si on ne prend pas on considération la profondeur de foyer. En d'autres termes, si on place un écran (écran cible 3 de la caméra de télévision 1) perpendiculairement par rapport à l'axe optique 4 au niveau d'un point 0' de celui-ci qui correspond au point le plus profond 0 de l'objet 7 sur l'axe optique 4, l'image au niveau du point 0' sur l'écran sera nette mais les autres portions seront toutes floues. Par contre, si la mise au point de l'objectif 2 est réglée sur la portion la moins profonde (plus en avant) de l'objet 7 et si on place l'écran au niveau de la portion correspondantede l'image 7', au moins l'image au niveau du point 0' devient floue. Par conséquent, l'utilisation d'un appareil de contrôle de surfaces classique utilisant un système optique tel que celui décrit dessus, pour contrôler des surfaces non planes d'objets contrôlés, entraîne inévitable- ment les problèmes précités, c'est-à-dire l'impossibilité de contrôler toute la surface en même temps. En conséquence, un but principal de la présente invention est de réaliser un appareil de contrôle de surfaces d'objets qui permet de résoudre les problèmes précités, tous en même temps. Selon un aspect, la présente invention a pour objet un appareil de contrôle de surfaces d'objets compre- nant: des moyens de conversion photoélectrique; des moyens optiques associés audits moyens de conversion photoélectrique, destinés à former une image d'une surface contrôlée, laquelle n'est pas plane, comme image plane sur lesdits moyens de conversion photoélec- trique; et des moyens de contrôle destinés à traiter un signal vidéo provenant des moyens de conversion photoélec- trique pour juger si la surface contrôlée est bonne ou non. D'autres caractéristiques, objets et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels les mêmes références désignent les mêmes éléments et pièces et dans lesquels: la figure 1 est un schéma permettant d'expliquer les fonctions de photodétection d'une caméra de télévision classique; la figure 2 est un schéma servant également pour expliquer le système optique utilisé sur une caméra de télévision classique; lesfigures 3 et 4 sont respectivement des schémas permettant d'expliquer un exemple des fonctions d'un système optique conforme à la présente invention; la figure 5 est un schéma représentant un mode de réalisation de la présente invention; et les figures 6 et 7 sont respectivement des vues en coupe transversale de modes de réalisation de systèmes optiques pouvant être utilisés avec la présente invention. La figure 3 montre un système optique utilisé dans la présente invention. Sur cette figure 3, le numéro de référence 10 indique un système optique présentant des caractéristiques ou fonctions particulières. En d'autres termes, le système optique 10 permet de convertir un objet plan 11, représenté sur le dessin, en une image courbe 11' (dans ce cas, ayant sa concavité opposée à celle du système optique 10) comme le montre le dessin. Par exemple, connaissant la nature de la lumière, on conçoit aisément que, en utilisant le même système optique , montré sur la figure 4, on peut convertir une surface 2512 d'un objet, surface ayant une concavité dans le même sens que celle du système optique 10, en une image plane 12'. La figure 5 est un schéma d'un mode de réalisation d'un appareil de contrôle de surfaces d'objets conforme à la présente invention. I1 est à noter que les références figurant sur la figure 5 qui correspondent à celles des figures 1 à 4, désignent les mêmes éléments. Plus précisément, dans le mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 5, 351e système optique O10 représenté sur les figures 3 et 4 est monté comme étage avant du système optique classique 2 de la caméra de télévision 1, jouant en quelque sorte le rôle d'un objectif relais de sorte que les axes optiques 4 des deux coïncident l'un avec l'autre. Dans ce cas, le système optique 10 peut être monté de façon à permettre de régler la distance le séparant du système optique 2. Le reste de la caméra de télévision 1 est de construc- tion classique sensiblement la même que celle de la caméra de télévision représentée sur la figure 1. En outre, sur la figure 5, 14 indique un appareil de traitement de contrôle tel qu'un ordinateur qui réalise un contrôle prédéterminé par traitement du signal d'image émis par la caméra de télévision 1. On va décrire maintenant le fonctionnement d'un mode de réalisation de la présente invention, celui représenté sur la figure 5. Lorsqu'une surface 13 d'un objet à contrôler a, par exemple, une forme concave par rapport au système optique 10, comme le montre la figure 5, on utilise comme système optique un système ayant la même fonction optique que celle du système optique 10 représenté sur les figures 3 et 4. Comme on l'a expliqué en regard de la figure 4, grâce au système optique 10, l'image de la surface 13 est formée comme image spatiale 13' dans un plan sensible- ment plat à l'étage arrière du système optique 10, c'est à dire à l'étage avant du système optique classique 2. Cette image spatiale plane 13' est traduite comme image sur l'écran cible 3 de la caméra de télévision 1 grâce au système optique classique 2. Dans ce cas, la surface courbe ou concave 13 est disposée par rapport à l'axe optique 4 pour que l'image spatiale plane 13', formée par le système optique 10, soit sensiblement perpendicul- aire à l'axe optique 4 et pour que cette image spatiale 13' soit formée par le système optique 2 comme image sur l'écran cible 3. Par conséquent, l'image de l'image spatiale 13' qui est formée sur l'écran cible 3 par le système optique 2 sera entièrement nette. Il s'ensuit qu' -une image ou signal vidéo Sv qui correspond à la surface courbe 13 et qui est émise par la caméra de télévision 1, montre correctement la totalité de la surface, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un signal utile de contrôle. Par conséquent, si on traite ce signal image Sv à l'aide d'un dispositif de contrôle connu 14, on peut contrôler la totalité de la sur- face 13 à la fois. En se référant à la figure 6, on va décrire un exemple pratique du système optique 10 apte à former une image plane d'une surface non plane. La figure 6 est une vue latérale en coupe trans- versale du système optique 10. Dans cet exemple, un objectif convexoconcave (globalement un objectif convexe ou positif) constitué d'une surface sphérique b de grand rayon de courbure et d'une surface sphérique a d'un petit rayon de courbure est travaillé par abrasion pour donner à la surface sphérique convex a la forme d'une surface non sphérique ç, par exemple une surface courbe en cuvette plate, surface représentée par des traits interrompus sur la même figure, de sorte que la courbure ou degré de courbure du système optique 10 à proximité de l'axe optique 4 devienne plus faible que celle à proximité de sa portion périphérique extérieure, et ce progressivement. Ainsi, la distance focale d'un système optique 10 réalisé de cette façon devient plus faible à l'écart - de son axe optique 4. Par conséquent, ce système optique 10, représenté sur la figure 6, assure les mêmes fonctions que celles assurées par le système optique 10 représenté sur les figures 3 à 5. En outre, il va de soi que la forme ou la cour- bure de la surface non sphérique _, représenté sur la figure 6, doit être selectionnée en fonction du degré de courbure de la surface contrôlée 13 devant être repré- snté sous forme d'image plane plate 12' ou 13'. La figure 7 montre, selon une vue laterale en coupe transversale, un autre exemple 10' du système optique conforme à la présente invention. Dans cet exemple, un objectif convexo-concave, constitué de surfaces sphériques A et b0comme pour l'exemple de la figure 6, est travaillé pour donner à la surface sphérique convexea la forme d'une surface non sphérique d en faisant en sorte que le degré de courbure de la surface a à proximité ou autour de l'axe optique 4 soit plus important que celui de la surface sphérique,, representé en tirets sur la figure 7. La longueur focale de l'objectif 10' réalisé de cette façon devient plus longue à l'écart de l'axe optique 4. Ainsi, à l'aide d'un tel système optique 10', il sera possible de former une image plane plate d'un objet dont la courbure est opposée à celle représentée sur la figure 4, c'est-à- dire une surface convexepar rapport au système optique 10'. Par conséquent, ce système optique 10' joue le même rôle que le système optique 10 lorsqu'il s'agit d'une surface conveyevis- à-vis du système optique 10'. En outre, la forme de la surface non sphérique 10 peut être, dans ce cas, modifiée en fonction de la forme de la surface contrôlée. En outre, les exemples des figures 6 et 7 repré- sntent les cas o on utilise un seul objectif mais on pourrait réaliser un système optique apte à répondre aux buts précités à l'aide d'une combinaison de plusieurs objectifs, ou d'une combinaison d'un objectif et d'un prisme, ces modifications étant à la portée d'un homme du métier. Bien que le cas décrit ci-dessus soit celui d'une surface courbe convertie en une image plane plate à l'aide du système optique 10 ou 10', en fonction des surfaces à contrôler, on peut utiliser le système optique ou 10' à la place du système optique 2 de la caméra de télévision 1, pour former directement sur l'écran cible 3 de la caméra de télévision 1 une image sensiblement plane de la surface courbe contralée.. Grâce à la présente invention, comme on l'a décrit ci-dessus, la surface contrôlée d'un objet, surface qui est courbe à tel point qu'ilest impossible de contrôler toute la surface en môme temps en utilisant un appareil de l'art antérieur, est éventuellement convertie en une surface sensiblement plane et plate à l'aide du système optique de l'invention, permettant ainsi de contrôler toute la surface courbe à la fois avec précision, ce qui représente un progrès important dans l'efficacite des contrôles. En outre, un téléobjectif n'étant plus nécessaire, on peut diminuer la place nécessaire pour effectuer le contrôle et une source lumineuse classique peut assurer des effets suffisants. Il va de soi aue de xneuse modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de' l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de contrôle de surface d'un objet, caractérisé en ce qu 'il comprend: des moyens de conversion photoélectrique (1), des moyens optiques (10) associés aux moyens de conversion photoélectrique (1) pour former, sur les moyens de conversion photoélectrique, une image plane d'une surface (13) à contrôler qui n'est pas plane; et des moyens de contrôle (14) destinés à traiter un signal vidéo fourni par les moyens de conversion photoélectrique pour juger si la surface contrôlée est bonne ou non. 2. Appareil de contrôle de surface d'un objet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de conversion photoélectrique sont constitués par une caméra de télévision (1). 3. Appareil de contrôle de surface d'un objet selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens optiques (10) sont constitués d'un objectif relais qui forme une image spatiale de la surface à contrôler en un emplacement situé avant un système optique (2) de la caméra de télévision (1) et en ce que le système optique (2) de la caméra de télévision (1) forme une image de ladite image spatiale sur un écran cible (3) de la caméra de télévision (1). 4. Appareil de contrôle de surface d'un objet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens optiques (10) sont constitués d'un objectif convex comportant deux surfaces sphériques de courbures différentes. 5. Appareil de contrôle de surface d'un objet selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit objectif convex (10) est réalisé pour que sa surface (c) faisant face à la surface (13) à contrôler ait une forme de cuvette peu profonde tandis que l'autre surface (b) a une surface sphérique. 6. Appareil de contrôle de surface selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'objectif convexe (10) est réalisé de façon que le degré de courbure de sa surface (c) faisant face à la surface (13) à contrôler devienne progressivement plus faible depuis la portion périphérique de l'objectif convexeen direction de l'axe optique (4). 7. Appareil de contrôle de surface d'un objet selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'objectif convexe(10) est réalisé de façon que le degré de courbure de sa surface (a) faisant face à la surface (13) à contrôler devienne progressivement plus grand depuis la portion périphérique de l'objectif conve>een direction de son axe optique (4).