Brevet FR2613075A1 — publié le 19880930

L'invention concerne un dispositif de contrôle optique d'un ruban comportant des chambres de prise de vues à rangées de diodes en tant que capteur, et elle a trait, en fait, plus particulièrement à ses dispositifs d'éclairage et de mise en contraste. L'invention concerne un perfectionnement supplémentaire apporté à l'invention décrite dans la demande de brevet français N' 61-227 074. Il est nécessaire de faire la distinction entre deux cas concernant les caractéristiques optiques de la matière et le but pour lequel la matière est contrôlée. Le premier cas concerne la recherche de défauts sur une matière fortement diffusante telle que du papier et des textiles. Dans ce cas, la bande, dont une image est formée par la chambre de prise de vues, transversalement au ruban, est intensément éclairée par une ou plusieurs lampes afin que l'on obtienne une puissance d'éclairement aussi élevée que possible. Sous cet éclairement de forte puissance, la bande, dont l'image est formée sur la rangée de diodes, constitue une source auto- lumineuse qui génère la force d'éclairement souhaitée sur la rangée de diodes, en correspondance avec la puissance lumineuse de l'objectif de la chambre de prise de vues. Ce n'est que lorsque cette puissance lumineuse est assez élevée que les rangées peuvent être lues à une fréquence qui est nécessaire aux vitesses de ruban actuellement courantes en production. Les dispositifs d'éclairage pour de tels systèmes de contrôle exigent donc des lampes dont les puissances consommées s'élèvent à quelques kilowatts par mètre de largeur de bande. Le second cas concerne la recherche de défauts dans des matières non diffusantes ou qui ne sont que très faiblement diffusantes, telles que des feuilles transparen- tes, des plaques de verre ou des feuilles métalliques lisses, ainsi que, cependant, la détection de trous, de fissures et des positions des bords de matières de toute surface souhaitée. Le dispositif d'éclairage demandé pour ces tâches de contrôle présente une source de lumière analogue à une bande ou une source secondaire à proximité du ruban de matière, la source ayant une longueur cor- respondant à la largeur du ruban, et la bande de matière, dont l'image est produite par transparence ou par réflexion par la chambre de prise de vues à rangée, apparaissant en avant de cette source en tant que fond ou arrière-plan. L'intensité lumineuse de cette source de lumière détermine donc la puissance de l'éclairement qui peut être réalisée à travers l'objectif de la chambre de prise de vues sur la rangée de diodes. Des sources de lumière convenables comprennent des tubes fluorescents en raison de leur répartition particulièrement uniforme de l'intensité lumineuse (une intensité lumineuse d'environ 2 candelas/cm2). Des bandes de verre laiteux ou de verre mat, éclairées par l'arrière au moyen de lampes à incandescence, servent de sources secondaires (intensité lumineuse s'élevant à quelques centaines de candelas/cm2). Une source de lumière secondaire devient donc plus compliquée lorsque l'intensité lumineuse demandée est plus élevée et que la largeur du ruban à contrôler est plus grande. De plus, par suite de la géométrie de la construction, l'éclairement de champs sombres n'est possible que sous des angles d'éclai- rement perpendiculaires à la bande formée sur le ruban contrôlé, c'est-àdire qu'il faut également prendre en compte des directions préférentielles, même durant la reconnaissance de défauts. L'objet de l'invention est de réaliser un dispositif d'éclairage et d'établissement de contraste pour ce second cas, c'est-à-dire pour la recherche de défauts sur des rubans de matière faiblement diffusante, ainsi que pour détecter des trous, des déchirures et les positions des bords en une matière quelconque souhaitée, d'une manière évitant les limitations et les défauts indiqués. Pour réaliser cet objet, la bande de matière dont l'image est formée est éclairée, au moyen d'un élément de formation d'image optique, analogue à une bande, de façon que la pupille de l'ensemble d'éclairage forme une image dans la pupille de l'objectif d'observation de la chambre de prise de vues à rangée de diodes. Avec ce dispositif d'éclairage, il est assure que, lorsque la pupille de l'objectif d'observation est totalement occupée par l'image de la pupille d'éclairage et que celle-ci est elle-même totalement occupée par l'image de la source de lumière, comme expliqué davantage ci- dessous, l'objet apparaît, pour la chambre de prise de vues, aussi lumineux que s'il avait l'intensité lumineuse de la source de lumière. Dans le cas d'une lampe à incandescence à halogène, on peut atteindre de cette manière 2000 candelas/cm2; dans le cas d'une lampe à haute pression au xénon, on peut atteindre une intensité lumineuse efficace de l'objet de 20 000 candelas/cm2, c'est-à-dire au moins un et jusqu'à 2 ordres de grandeur de plus qu'avec les systèmes d'éclairage les plus lumineux, disponibles dans le commerce. Dans la forme particulière de réalisation dans laquelle la formation de l'image de la pupille d'éclairage dans la pupille de l'objectif d'observation s'effectue avec un miroir concave sphérique, analogue à une bande, en association avec un miroir déflecteur plan, approximative- ment à une échelle de formation d'image 1:1, ce miroir concave sphérique analogue à une bande est utilisé comme élément unique pour la formation d'image du diaphragme, le miroir concave sphérique étant totalement exempt de défauts de formation d'image à des échelles de formation d'image approximativement de 1:1. Ceci signifie que l'image sans défaut du diaphragme d'éclairage dans la pupille de l'objectif de la chambre de prise de vues est totalement couverte, par exemple pour l'observation de champs sombres d'un diaphragme complémentaire, de dimensions qui ne sont que fractionnairement plus grandes, grâce à l'utilisation d'ouvertures convenables dans la pupille d'éclairage et dans la pupille de l'objectif d'observation. Des dé- flexions, même faibles, du faisceau d'éclairage, dues à des irrégularités de l'objet, provoquent donc des augmentations de la luminosité sur la rangée de diodes, ce qui peut être enregistré sous la forme de signaux de défauts. En comparaison avec les agencements précédents, la sensibilité est non seulement considérablement accrue, mais, en outre, on évite aussi toute forme de direction préférentielle. En général, tous les procédés optiques de mise en contraste (procédés de projection à contraste) qui sont utiles à la détection de défauts sur des rubans, par réflexion ou transmission, peuvent être mis en oeuvre en association avec l'éclairage dirigé à travers des com- binaisons convenables de diaphragmes. Lorsque cela est commode pour la distinction de défauts, deux chambres de prise de vues à rangées peuvent également être mises en oeuvre simultanément avec le même dispositif d'éclairage: une chambre de prise de vues indique, par transparence, la présence de trous dans une feuille non transparente, dans le champ éclairé, tandis que l'autre chambre de prise de vues indique, par réflexion dans le champ sombre, la présence de bosses, de plis ou de piqûres. Si des structures géométriques sur les rubans de matiere doivent être détectées, il est alors souvent nécessaire de rendre télécentriques l'éclairage dirigé et la chambre de prise de vues associée. Ce dispositif de contrôle de bande à éclairage et observation télécentriques détecte sans défaut les dimensions de la structure contrôlée, même avec un faible degré de défocalisation dû à une inégalité. Tous les processus de contraste peuvent également être réalisés dans ce cas. On peut étendre les possibilités des dis- positifs décrits précédemment si on divise la pupille de la chambre de prise de vues, on permet à chaque moitié de la pupille de former avec précision l'image de la même bande du ruban de matière sur une rangée de diodes respective, et on forme une image de deux pupilles d'éclairage sur les deux moitiés de pupille à l'aide d'un seul et même dispositif d'éclairage. Dans un tel système à éclairage dirigé et chambre de prise de vues double avec pupille divisée, il est prévu avantageusement que les deux rangées de diodes puissent être lues en synchronisme afin que deux éléments d'information soient obtenus simultanément pour chaque point objet. Suivant les exigences, on choisit à cet effet deux procédés supplémentaires de mise en contraste pour les deux demi-pupilles. On peut évidemment utiliser aussi deux chambres de prise de vues à rangées en alignement coïncidant, à partir d'une pupille d'éclairage, en passant par un miroir diviseur si, par exemple, seulement un contraste entre un champ éclairé et un champ sombre intérieur doit être réalisé, ce qui exige dans les deux cas le même diaphragme d'éclairage. Deux chambres de prise de vues à rangées, directement adjacentes, qui sont alignées sur la même ligne sur le ruban de matière, peuvent également être alimentées par un dispositif commun d'éclairage si deux pupilles d'éclairage, ayant un espacement correspondant, sont prévues. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitafifs et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective montrant des chambres de prise de vues à rangées avec un éclairage dirigé; - la figure 2 montre des configurations de diaphragme pour des processus de mise en contraste avec une chambre de prise de vues à rangées à éclairage dirigé, les lettres BP désignant la pupille d'éclairage et les lettres OP la pupille d'objectif; - la figure 3 est une vue en perspective montrant une chambre de prise de vues à rangée a éclairage télécentrique dirigé et une chambre de prise de vues à rangées de formation d'image télécentrique; - la figure 4 est une vue en perspective montrant une chambre de prise de vues à rangées à pupille divisée et deux rangées de diodes en alignement, avec éclairage dirigé et pupilles d'éclairage divisées de façon correspondante; et - la figure 5 montre des configurations de diaphragmes pour des processus de mise en contraste pour une chambre de prise de vues à pupilles divisées et deux rangees de diodes en alignement, avec éclairage dirigé et des pupilles divisées de façon correspondante. La figure 1 représente un dispositif d'éclai- rage dirigé convergent pour chambres de prise de vues à rangées. La source de lumière 12 éclaire le diaphragme 20 par l'intermédiaire de la bande miroir collecteur 19, le diaphragme 20 formant la pupille d'éclairage 16. Cette pupille d'éclairage se trouve au centre de courbure de la bande miroir concave 14 et ce dernier en forme donc une image à l'échelle 1:1 par l'intermédiaire de la bande miroir plan déflecteur 31 et de la surface du ruban 11 de matière, par transparence, dans la pupille de l'objectif 18* de la chambre de prise de vues à rangée pour un contrôle par transparence, et son image est formée par réflexion sur la surface 11 dans la pupille de l'objectif 18 de la chambre de prise de vues à rangée pour le contrôle par réflexion. Les objectifs des chambres de prise de vues forment eux-mêmes une image de la bande de matière éclairée 13, dans chaque cas sur les rangées 17* et 17 de diodes, respectivement. Seule la partie très étroite de la bande de matière éclairée dont l'image est captée par les diodes de la rangée participe, après conversion photoélectrique et lecture des signaux électriques, a l'information concernant la surface le long de cette zone étroite, quasi linéaire, à l'intérieur de la bande éclairée 13. Grâce à la formation précise d'une image de la pupille d'éclairage 16 dans la pupille des objectifs 18, 18' des chambres de prise de vues, il est possible de réaliser une série de processus de mise en contraste dans lesquels des diaphragmes convenables, accordés entre eux, sont insérés dans les deux pupilles. Une série de ces configurations de diaphragmes est montrée sur la figure 2 sur laquelle le diaphragme disposé dans la pupille d'éclairage 16 est représenté dans la rangée supérieure et le diaphragme correspondant, disposé dans la pupille d'objectif 18, est reproduit dans la rangée inférieure. Les configurations suivantes donnent, en détail: N 1 Champ lumineux (L'image du diaphragme d'éclairage s'étend dans le diaphragme d'observation); N 2 Champ lumineux "suréclairé" (Si le diaphragme d'éclairage est sensiblement plus grand que le diaphragme d'observation, les parties objet qui sont localement quelque peu inclinées sont alors encore reproduites avec la même luminosité); N' 3 Champ intérieur sombre (L'image du diaphragme d'éclairage est recouverte par un diaphragme central dans l'objectif d'observation; seuls des défauts déviant le faisceau apparaissent en clair); N 4 Champ sombre extérieur (Le diaphragme d'éclairage est de forme annulaire, le diamètre intérieur de l'anneau est légèrement plus grand que le diaphragme choisi de l'objectif; un avantage par rapport au cas N 3: aucune interférence nécessaire dans l'objectif de la chambre de prise de vues; la sensibilité peut simplement être choisie par réglage du diaphragme à iris de l'objectif); N 5 Agencement strioscopique A (Le diaphragme d'éclairage est une fente et forme une image sur une bande non transparente complémentaire située dans la pupille de l'objectif; des stries ou raies (par exemple des effets dus à des changements de l'indice de réfraction) avec des gradients perpendiculaires à la direction longitudinale de la fente sont détectées. Extension possible: des bandes de transition affaiblissant la lumière permettent des affirmations concernant l'angle de déflexion); et N 6 Agencement strioscopique B (En tant que diaphragme d'éclairage, une grille comportant des barreaux imperméables (opaques) forme une image sur une grille complémentaire dans la pupille d'objectif qui comporte des bandes transparentes plus étroites; des gradients, même faibles, sont rendus visibles ici; cependant, la plage de déflexion indiquée est plus faible). L'agencement montré sur la figure 3 d'une chambre à rang de diodes, avec éclairage dirigé, est télécentrique à la fois du côté de l'éclairage et du côté de l'observation. Ceci est obtenu par le fait que la pupille d'éclairage 16 est située dans le plan focal de la bande miroir concave 14', les rayons éclairants arrivant donc sur la surface 11il de la matière suivant la bande éclairée 13, au même angle sur toute la longueur. Du côté observation, la pupille de l'objectif 18 de la chambre est disposée dans le plan focal du miroir concave en bande 15, afin que les rayons de formation d'image soient de la même manière télécentriques. A titre d'exemple du type de mise en contraste, on choisit un champ sombre intérieur qui peut être reconnu à partir du diaphragme central 35. Une autre caractéristique particulière, ici, est l'éclairage de la pupille d'éclairage 16 avec son diaphragme 20: à titre d'exemple, une source 12' de lumière comportant un long filament étroit est choisie ici et forme une image agrandie sur la surface 11 de la matière au moyen d'une lentille 21 de champ et par l'intermédiaire d'un miroir concave en bande 14' et d'un miroir plan deflecteur en bande 32. La source de lumière, pouvant être rendue floue par des moyens diffuseurs convenables, forme la bande éclairante 13 qui est ensuite, elle-même, formée en une image par l'objectif de la chambre sur le rang de diodes 17 par l'intermédiaire du miroir concave en bande 15 et du miroir déflecteur en bande 33. Cet agencement de l'éclairage, avec formation d'image de la source de lumière sur la surface de la matière, est particulièrement avantageux lorsque la source de lumière est en forme de barreau et ne possède pas de structure, par exemple est formée par la décharge d'un gaz combustible dans un capillaire. L'agencement montré sur la figure 4 se distingue de celui de la figure 1 par le fait que, ici, la pupille d'éclairage est divisée en deux moitiés 16' et 16", auxquelles sont associées deux demi-pupilles 18' et 18" de l'objectif de la chambre. Le miroir déflecteur 40 est introduit directement en arrière de l'objectif de la chambre et s'étend jusqu'à l'axe optique. Il divise donc le trajet du faisceau de formation d'image vers les deux rangées de diodes 17' et 17" conformément aux deux demi- pupilles et il est réglé de manière que des images alignées du même objectif dans la bande éclairée apparaissent sur les deux rangées. La nième diode de la rangée 17' reçoit donc une image de la même position de la surface 11 que la nième diode de la rangée 17". Si l'on sélectionne à présent des processus de contraste différents pour les deux demi-pupilles, on obtient alors deux éléments correspondants d'information pour chaque point objet. il La figure 5 montre un choix de configurations de diaphragmes pour ces processus de mise en contraste pour les chambres à pupilles divisées. Les paires de diaphragmes d'éclairage sont représentées dans la rangée supérieure et les paires de diaphragmes associées d'observation sont représentées dans la rangée inférieure. Les configurations suivantes sont commodes: N 1: Champ clair et champ sombre intérieur. A la réflexion, les petites taches apparaissent plus sombres dans le champ clair, les trous apparaissent noirs et, dans le champ sombre, les rayures et autres irrégularités apparais- sent claires. N 2: Strioscopie, à division en direction. Une information étagée concernant l'angle de déflexion est également possible ici dans les demi-ouvertures d'observation à travers des régions grises sur les deux côtés du diaphragme du faisceau. N 3: Décalages de couleur. Avec des filtres colorés convenables F 1, F 2, placés en avant des moitiés de pupille, on peut déterminer des décalages de couleur dans la matière en mouvement. Des changements de direction de l'oscillation de la lumière polarisée ou des changements des luminosités de fluorescence peuvent également être enregistrés. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle optique d'un ruban, comportant une chambre de prise de vues à rangée de diodes au moyen de laquelle une bande (13) du ruban, s'étendant transversalement au ruban (11) de matière, forme une image sur un agencement linéaire de photodiodes (17) qui, en étant interrogées périodiquement, délivrent une information de luminosité portant sur la longueur de la bande, l'information de luminosité étant convertie en séquences de signaux électriques, le dispositif étant caractérisé en ce que la bande de matière dont l'image est formée est éclairée au moyen d'un élément (14) de formation optique d'une image, analogue à une bande, de façon que la pupille de l'agencement d'éclairage (16) forme une image dans la pupille de l'objectif (18) d'observation de la chambre à rangée de diodes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation de l'image de la pupille (16) d'éclairage dans la pupille de l'objectif (18) d'observation s'effectue avec un miroir concave sphérique (14) analogue à une bande, associé à un miroir plan déflecteur (31), approximativement à une échelle de formation d'image de 1:1. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre sélectivement des procédés de mise en contraste à champ clair, champ sombre intérieur, champ sombre extérieur, strioscopie et contraste de phases, par l'utilisation d'ouvertures convenables dans la pupille d'éclairage (16) et dans la pupille de l'ojectif (18) d'observation. 4. Dispositif de contrôle optique d'un ruban avec une chambre de prise de vues à rangée de diodes, caractérisé en ce que la bande de matière dont l'image est formée est éclairée au moyen de deux éléments optiques de formation d'images (14', 15), analogues à des bandes, par l'intermédiaire de miroirs déflecteurs (32, 33) de manière à former une image de la pupille d'éclairage (16) dans la pupille de l'objectif (18) d'observation et que ce trajet du faisceau d'illumination soit télécentrique a l'emplace- ment de la bande de matière éclairée, le second élément optique (15) de formation d'image, analogue à une bande, étant espacé, de sa longueur focale, de la pupille de l'objectif (18) d'observation afin que le trajet du faisceau d'observation soit également télécentrique. 5. Dispositif de contrôle optique d'un ruban avec une chambre de prise de vues à rangée de diodes, chaque moitié de la pupille (18, 18') d'objectif formant l'image d'une et même bande (13) du ruban (11) de matière sur un agencement linéaire de diodes (17, 17') dans chaque cas, caractérisé en ce que la bande (13) de matière dont l'image est formée est éclairée, au moyen d'un miroir concave (14) analogue à une bande, de manière que, dans chaque cas, il soit formé une image d'une moitié de la pupille de l'agencement d'éclairage (16, 16') dans une moitié correspondante de pupille de l'objectif (18, 18') d'observation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux procédés à contraste différents sont sélectivement réalisés dans chaque cas par l'utilisa- tion d'ouvertures convenables dans les moitiés (16, 16') de la pupille d'éclairage et dans les moitiés de la pupille de l'objectif (18, 18') d'observation. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pupille de l'objectif (18) d'observation est subdivisée par un prisme en forme de coin qui couvre la moitié de la pupille. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les pupilles de l'objectif d'observa- tion sont divisées par un miroir déflecteur (40) placé directement en arrière de l'objectif et s'étendant jusqu'à l'axe optique. 9. Dispositif de contrôle optique d'un ruban avec deux chambres de prise de vues à rangées de diodes, disposées directement le long l'une de l'autre et par lesquelles une image d'une et même bande (13) du ruban (11) de matière est formée sur une rangée de diodes dans chaque cas, le dispositif étant caractérisé en ce que la bande de matière dont l'image est formée est éclairée au moyen d'un miroir concave sphérique (19), analogue à une bande, de manière que soit formée, dans les deux pupilles de l'objectif (18, 18A) d'observation, l'image de deux pupilles de l'agencement d'éclairage (16, 16A), accordées avec les deux pupilles de l'objectif d'observation.