Brevet FR2594982A1 — publié le 19870828

Mode de réalisation de codes à lecture optique, procédé de lecture desdits codes et installation pour la mise en oeuvre du procédé. I1 est bien connu d'apposer par des moyens divers sur des objets variés des codes à lecture optique qui permettent, par lecture du code, d'identifier l'objet. Le problème essentiel posé par la mise en oeuvre pratique des odes à lecture optique est que le signe, barre ou figure geométrique quelconque, qui constitue l'élément caractéristique du code,doit présenter, avec la surface sur laquelle il est apposé, un contraste suffisant pour que 17organe de lecture optique assure une détection sure et certaine de chaque élément. te problème ci-dessus est encore plus critique lorsque les codes sont placés de façon aléatoire, par exemple dans le cas des codes apposés sur les gabarits qui sont disposés sur une peau pour déterminer un plan de coupe qui doit être mis en mémoire pour contrôler ultérieurement un dispositif assurant la découpe automatique tel qu'un coupeur à laser.En effet l'exploration de la surface sur laquelle sont disposés les gabarits doit se faire non plus avec un lecteur à déplacement linéaire comme dans le cas des codes à barres mais avec une caméra qui doit couvrir un certain champ donc être à une distance relativement grande de la surface et des codes qu'elle porte et ladite caméra doit être soumise à un mouvement transversal de balayage lorsque, ce qui est en général le cas, son champ ne couvre pas toute la largeur de la surface portant les codes qui défile devant la caméra ou au-dessus de laquelle la caméra est déplacée. Pour améliorer la détection des codes on a proposé de les réaliser par des surfaces ayant un coefficient de réflexion ou de diffusion de la lumière différent de celui du fond en réalisant par exemple le code par des découpes dans une feuille de matériau mat qui est appliquée sur une feuille réfléchissante par exemple métallique. On a également proposé de réaliser les codes par impression avec une encre fluorescente. Dans la pratique l'utilisation de surfaces réfléchissantes et analogues n'a pas permis d'obtenir la sécurité recherchée pour la détection. Les causes en sont une déperdition de la lumière par diffraction laquelle peut atteindre 25% et surtout le fait qu'avec les surfaces réfléchissantes, le rayon réfléchi est symétrique du rayon incident par rapport à la perpendiculaire à la surface réfléchissante. L'orientation du rayon réfléchi pour un rayon incident donné varie donc avec l'angle d'incidence du rayon incident sur la surface réfléchissante. La surface sur laquelle sont appliqués les gabarits dans l'application ci-dessus décrite à la définition d'un plan de coupe présente des irrégularités et le gabarit peut présenter une inclinaison de sorte que, si la source lumineuse est disposée pour que les rayons réfléchis sur une surface horizontale tombent sur l'objectif de la caméra placée dans une position définie par rapport à la source, lesdits rayons seront réfléchis dans une toute autre direction dans le cas d'une inclinaison du gabarit. On perd donc -l'avantage assuré par une surface réfléchissante et,selon l'inclinaison du gabarit, les signes constituant les codes auront une brillance extrèmement variable, la brillance de certains pouvant être insuffisante pour les distinguer de la surface, elle-même fortement éclairée, sur laquelle ils sont apposés. En outre et comme exposé ci-dessus,lorsque la caméra est soumise a un mouvement de balayage transversal par oscillation autour d'un axe horizontal il faut prévoir toute une rampe de sources d'éclairement orientées pour qu'à tout moment l'une d'entre elles éclaire,sur la surface,le point balayé avec un rayon incident symétrique, par rapport à une perpendiculaire en ce point, de l'axe optique de la caméra. Dans le cas d'une exploration par balayage de codes rendus brillants par réflexion de rayons incidents il faut donc un nombre important de sources d'éclairement. Pour remédier à ces inconvénients et obtenir une intensité de la lumière réfléchie qui soit constante, nonobstant les variations d'inclinaison du code, l'invention a pour objet un mode de réalisation des codes à lecture optique dans lequel le signe du code est réalisé par une surface catadioptrique. On sait qu'une surface catadioptrique a la particularité de renvoyer les rayons lumineux dans leur direction d'incidence quelle que soit celle-ci et de telles surfaces,soit sous la forme de catadioptres, soit sous la forme de revetements, sont couramment utilisées dans la signalisation routière. En fait la rétrodiffusion d'un rayon lumineux incident par une surface catadioptrique présente une variation d'intensité autour de l'axe colncidant avec le rayon incident qui se présente sous la forme d'un lobe, l'intensité étant sensiblement constante dans un cône ayant pour axe le rayon incident et un demi-angle au sommet d'une quinzaine de degrés. Un tel matériau sous forme de pellicule adhésive est connu dans le commerce sous la marque "SCOTCHLITE" de la Société américaine Minnesota Mining and Manufacturing Company. Les propriétés particulières du matériau mis en oeuvre confor mément à l'invention font que l'intensit ité de la lumière rétrodiffusée dans le lobe à partir d'un rayon incident tombant sur l'élément de code est indépendante,notamment,de l'inclinaison de la surface portant le code et le gabarit peut par exemple être appliqué sur une partie plissée ou ondulée de la peau. Par contre de tels codes ne sont utilisables que si les rayons lumineux indicents proviennent d'une source voisine de l'objectif de la caméra ou du détecteur optique assurant la détection des codes. Ceci rend inutilisable le procédé actuel de lecture des codes à réflexion dans lequel on éclaire les codes avec une lumière incidente oblique extrèmement intense de façon qu'au moins une partie des rayons réfléchis tombe sur l'objectif de la caméra. Le procédé de lecture de codes à lecture optique conforme à l'invention est en conséquence caractérisé en ce que la surface des signes constitutifs du code est réalisée en un matériau catadioptrique rétrodiffusant un rayon incident sensiblement sur lui-même et en ce que l'on éclaire la surface explorée avec des rayons lumineux incidents aussi proches que possible de l'axe optique du détecteur optique de façon que ledit axe optique se trouve dans le cône de rétrodiffusion du rayon lumineux incident. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé comporte, de la manière connue,une surface sur laquelle sont disposés les éléments portant les codes à lecture optique réalisés par des éléments en matériau catadioptrique, un détecteur optique, notamment une caméra dont l'axe optique est dirigé vers ladite surface et une source d'éclairement projetant sur la surface un faisceau lumineux créant sur la surface un faisceau rétrodiffusé dont le cône englobe l'axe optique de la caméra. La source d'éclairement peut être constituée par une pluralité de sources rr?arties autour de l'axe ontique du détecteur optique en fonction du gradient de variation de l'intensité du rayonnement rétrodiffusé dans le cône spatial ayant le rayon incident comme axe. Du fait de l'utilisation d'une surface catadioptrique, l'intensité du rayonnement rétrodiffusé dans le lobe de rétrodiffusion est pratiquement indépendante de l'angle que forme le rayon incident avec la surface sous réserve que celui-ci reste dans des limites acceptables. En conséquence,dans le cas d'une exploration par une caméra effectuant un mouvement de balayage, l'éclairement est effectué à partir d'une source lumineuse unique effectuant le même mouvement de balayage. Ceci constitue un avantage extrêmement important de l'invention du fait que le nombre des sources d'éclairement est réduit. L'invention sera décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins ci-annexé dans lesquels: La figure 1 est un schéma destiné à expliquer les problèmes qui se posent dans le cas d'un code à lecture optique dont les éléments sont constitués par des surfaces réfléchissantes, la figure 2 est un schéma explicatif du phénomène de rétrodiffusion sur une surface catadioptrique; la figure 3 est un schéma destiné à expliquer la lecture d'un code à lecture optique dont les éléments sont constitués par des surfaces cata dioptriques; la surface 4 est un schéma destiné à expliquer la constitution d'une installation de lecture optique pour des codes constitués par des surfaces réfléchissantes et la figure 5 un schéma correspondant pour des codes constitués par des surfaces catadioptriques. Dans les dessins,la référence 1 désigne une surface réfléchissante, 2 une surface catadioptrique, 3 une source lumineuse et 4 une caméra. Dans la figure 1, une surface 5 constituant un élément de code est délimitée sur la surface réfléchissante 1. La référence 6 désigne l'axe du faisceau incident 7 projeté par la source lumineuse 3 sur l'élément de code 5. La référence 8 désigne le rayon réfléchi correspondant au rayon 6 dont il est symétrique par rapport à la perpendiculaire- 10 à la surface 1-5. Les deux rayons réfléchis 9 correspondent aux deux rayons lumineux incidents limites 7. Si donc l'axe optique de la caméra 4 est confondu avec le rayon réfléchi 8, le flux lumineux entrant dans l'objectif de la caméra sera maximum. Lorsque l'axe optique de la caméra s'écarte de cette position symétrique du rayon incident central 6 par rapport à la perpendiculaire 10 en restant dans le faisceau conique délimité par les génératrices 9, l'intensité du pinceau lumineux décroît mais peut rester suffisante pour assurer la détection correcte de l'élément 6. En dehors de ce volume conique la caméra 4 ne capte pas le faisceau lumineux réfléchi. Si la surface 6,au lieu d'être perpendiculaire à la perpendiculaire 10 à la surface 1 qui est la bissectrice entre l'axe du pinceau lumineux incident 6 et l'axe optique 8 de la caméra, est inclinée d'un angle ss alors le rayon incident 6 sera réflé chi selon le rayon 8' et les rayons incidents limites 7 seront réfléchis selon les rayons 9' et donc le faisceau réfléchi ne tombera plus sur l'objectif de la caméra 4 quoique l'axe optique 8 de celle-ci recoupe la surface de l'élément de code 5. Dans le cas d'un rayon lumineux 11 tombant sur une surface catadioptrique 2 (Fig. 2), le rayon est réfléchi sous forme de rayons rétrodiffusés dont l'intensité est representée,selon leur direction, par le lobe de rétrodiffusion 13 pour un rayon incident 11 tombant au point 12 de la surface catadioptrique 2. La figure 3 illustre le cas de la lecture d'un élément de code 14 éclairé par une lampe 3 émettant un faisceau 15 d'axe 16 tombant sur l'élément de code 14. Chacun des rayons du faisceau 15 est rétrodiffusé selon un lobe, seul le lobe 17 correspondant au rayon incident 16 étant représenté. L'axe optique 18 de la caméra 4 étant dirigé vers le centre de l'élément 14; le rayon rétrodiffusé issu du rayon incident 16 a une intensité figurée par l'intersection du rayon 18 avec le lobe 17,c'est-à-dire une intensité qui est une fraction très importante de celle maximale des rayons rétrodiffusés. Les rayons incidents limites 15 sont également rétrodiffusés selon des lobes analogues au lobe 17. En conséquence,si l'axe optique 18 de la caméra 4 est orienté vers l'un quelconque des points de la surface de l'élément 14,l'intensité du rayonnement sur l'objectif de la caméra ne variera sensiblement pas. I1 en est de même si la surface de l'élément 14 forme un angle ' avec la surface de référence 2, le lobe de rétrodiffusion 17 d'une surface catadioptrique n'étant pratiquement pas modifié en fonction de l'angle d'incidence de la lumière. Si on désire accroltre le flux lumineux atteignant l'objectif de la caméra, il est possible de disposer plusieurs lampes 3' réparties autour de la caméra 4 dont les rayons rétrodiffusés ont des intensités définies par le lobe 17'. Dans le cas de la lecture de codes répartis sur une surface 18 de grande largeur (Figs 4 et 5), la caméra 4 explore l-a totalité de la largeur en oscillant autour d'un axe 19. Dans le cas où les codes sont constitués par des éléments réfléchissants (Fig. 4), il faut,pour que le code soit détecté, que l'axe optique 20 de la caméra se trouve à l'intérieur du faisceau réfléchi par l'élément de code et défini par les rayons limites 9 à la figure 1. I1 faut donc qu'à toute position de l'axe optique 20 corresponde un rayon lumineux incident d'éclairement qui soit symétrique de l'axe optique par rapport à la perpendiculaire 10 au point de réflexion 21. Ceci ne pourrait être théoriquement obtenu qu'en déplaçant la source lumineuse sur une parallèle à la ligne d'exploration et en faisant varier l'inclinaison de la lampe pour que son rayon axial recoupe l'axe optique 20 sur la surface 1.Dans la pratique la synchronisation d'un tel déplacement poserait des problèmes complexes et on se contente de prévoir une série de lampes 3a, 3b, 3c, 3d, etc. placées dans des positions théoriques du déplacement ci-dessus pour que le rayon réfléchi 22' d'un rayon limite 22 du faisceau de la lampe recoupant la surface 1 au point 23 soit suffisamment peu écarté de l'axe optique 20' de la caméra pointée sur ce point 23 pour que le rayonnement diffusé qui entoure le rayonnement réfléchi reste suffisant pour assurer la détection de l'élément. Dans la pratique,pour l'exploration des gabarits appliqués sur une peau de bovin pour enregistrer un plan de coupe,on utilise une rampe de quatorze lampes 3 ayant chacune une puissance de 150 watts. Dans le cas où les codes sont constitués par une surface catadioptrique 2 (Fig. 5), la lampe 3 est fixée sur la caméra 4 par exemple par une console 25 de façon que le faisceau de la lampe oscille autour de l'axe 19 en même temps que l'axe optique 26 de la caméra. Si dans la position verticale le rayon axial 27 du faisceau de la lampe 3 recoupe l'axe optique 26 de la caméra sur la surface 2, dans une position plus inclinée le rayon axial 27' ne sera plus le rayon rétrodiffusé mais ce sera le rayon 28 du faisceau qui recoupe l'axe optique 26' de la caméra dans cette position inclinée en 29 sur la surface 2. Le lobe de rétrodiffusion du rayon 28 au point 29 n'est pas sensiblement modifié par rapport au lobe de rétrodiffusion du rayon 27 et l'affaiblissement de l'intensité dû à l'accroissement de la longueur du trajet lumineux tend à être compensé par le fait que l'axe optique 26' se rapproche de l'axe du lobe. Bien évidemment deux ou plusieurs lampes 3 peuvent être réparties autour de l'axe optique 26 de la caméra. Dans la pratique deux lampes de 300 watts se sont avérées donner des résultats très supérieurs au quatorze lampes de 150 watts. Revendications 1. Un code à lecture optique, caractérisé en ce que les surfaces détectables optiquement constituant les signes du code sont constituées par des surfaces catadioptriques (14). 2. Un procédé de lecture de codes à lecture optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (14) des signes constitutifs du code est réalisée en un matériau catadioptrique rétrodiffusant un rayon incident sensiblement sur lui-même et en ce que l'on éclaire ( 3) la surface explorée avec des rayons lumineux incidents (16) aussi proches que possible de l'axe optique (18) du détecteur optique (4) de façon que ledit axe optique se trouve dans le cône de rétrodiffusion (17) du rayon lumineux incident. 3. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2 comportant, de la manière connue, une surface sur laquelle sont disposés les éléments portant les codes à lecture optique réalisés conformément à l'invention par des éléments en matériau catadioptrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un détecteur optique, notamment une caméra (4) dont l'axe optique (18) est dirigé vers ladite surface et une source d'éclairement (3) projetant sur la surface un faisceau lumineux (16) créant sur la surface un faisceau rétrodiffusé (17) dont le cône englobe l'axe optique (18) de la caméra. 4. Une installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la source d'éclairement est constituée par une pluralité de sources (3-3') réparties autour de l'axe optique (18) du détecteur optique (4). 5. Une installation selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 mettant en oeuvre une exploration de la surface portant les codes par une caméra effectuant un mouvement de balayage, caractérisée en ce que l'éclairement est effectué à partir d'une source lumineuse unique (3) effectuant le même mouvement de balayage.