Brevet FR2667398A1 — publié le 19920403

PROCEDE ET INSTALLATION D'EXAMEN AUTOMATIQUE DE LA SURFACE CIRCONFERENTIELLE D'OBJETS CYLINDRIQUES DESCRIPTION L'invention concerne un procédé et une installation d'examen automatique de La surface circonférentielle d'objets cylindriques. On cherche à mettre en évidence la présence éventuelle de défauts superficiels qui peuvent être de natures très variées tels que des fissures, des taches ou des inclusions d'hétérogénéités, des creux ou des défauts de surface. La principale difficulté consiste à examiner commodément l'ensemble de la surface circonférentielle. Il est évidemment possible d'effectuer un examen manuel de chaque objet, mais ceci n'est pas forcément souhaitable pour des raisons économiques, ni même possible quand les objets sont dangereux, ce qui est le cas de certaines pastilles de combustible nucléaire. On a donc élaboré un procédé et une installation qui rendent possible sans complications exagérées et avec une bonne fiabilité l'examen automatique de la surface circonférentielle d'objets cylindriques. Le procédé consiste à prendre des vues de portions adjacentes de la surface tout en éclairant ces portions, à reconstituer une image de la surface en regroupant les différentes vues, à décomposer l'image en points à chacun desquels est affecté un niveau de coloration, à mesurer les niveaux de coloration des points et à relever des défauts sur la surface à partir de différences entre les niveaux de coloration de points voisins, notamment en assimilant à des défauts les points qui se distinguent par un niveau de coloration différent du niveau moyen de l'objet examiné. L'installation comporte un système d'alimentation en objets, un chemin où les objets sont avancés, et un poste d'examen devant une portion du chemin, Le poste d'examen comprenant un moyen d'éclairage dirigé vers la portion du chemin de manière à éclairer une portion de la surface d'un objet examiné, un moyen de prise de vues dirigé vers ladite portion de surface, un moyen de mise en rotation des objets examinés et des moyens automatiques de traitement et d'interprétation des vues. On va maintenant décrire l'invention et en faire apparaître d'autres avantages et particularités en se reportant aux figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif d'une réalisation préférée : Les figures 1 et 2 représentent l'ensemble de l'installation en vues de côté et de dessus ; les figures 3 et 4 représentent, en vue de face, les deux postes d'examen ; les figures 5 à 10 représentent des vues de détail de l'installation ; et la figure 11 illustre une liste possible de défauts rencontrés et distingués. Dans l'installation d'examen représentée, des pastilles cyLindriques de combustible nucléaire sont déplacées d'un système d'alimentation constitué par un bol vibrant 1 à une structure de rangement 2. Elles passent à travers deux postes d'examen successifs 3 et 4. Ces divers composants sont reliés entre eux par des gouttières 5 le long desquelles les pastilles cheminent. Chacune des gouttières 5 repose sur un générateur de vibrations 6 posé sur le bâti 7 de l'installation et qui les agite de sorte que les pastilles progressent le long des gouttières 5 dans la direction souhaitée. Comme on le voit sur la figure 5, les gouttières 5 sont en fait composées de deux tringles latérales 8 et 9 et d'une tringle centrale 10 au-dessous des précédentes. Chacune des tringles 8, 9 et 10 est fixée au plateau du générateur de vibrations 6 par un montant 11.Les distances des tringles 8, 9 et 10 permettent de poser sur elles les pastilles P de sorte que leur axe soit parallèle à l'axe des tringles 8, 9 et 10. Le bol vibrant 1 est représenté sur la figure 6. Il comprend une paroi 15 cylindrique qui est posée sur le plateau vibrant d'un autre générateur de vibrations 17 posé sur le bâti 7. Les pastilles P sont versées en vrac à l'intérieur de la paroi 15, qui est garnie intérieurement d'une rampe 16 hélicoidale. Les vibrations déplacent les pastilles P d'un mouvement centrifuge et circonférentiel qui les projette peu à peu sur la rampe 16 avant de les élever le long de celle-ci. La rampe 16 aboutit à la première gouttière 5a sur laquelle les pastilles P finissent donc par tomber. Une butée 18 est établie au-dessus d'un emplacement de la rampe 16 de manière à faire retomber les pastilles P disposées verticalement sur la rampe 16. Il suffit que la butée 18 soit placée au-dessus de la rampe 16 à une distance un peu supérieure au diamètre des pastilles P. Les pastilles P aboutissent au premier poste d'examen 3 après avoir parcouru la première gouttière 5a. Ce poste d'examen 3 est dessiné sur les figures 3 et 7. Les pastilles P quittent la première gouttière 5a pour progresser entre deux rouleaux 25 et 26 qui tournent conjointement sous L'action d'un moteur 27 par une transmission à deux courroies 29 et 30. Elles continuent à avancer entre les rouleaux 25 et 26, pressées par les pastilles P qui les suivent, et sont éclairées à cet endroit par un faisceau lumineux F émis par l'intermédiaire d'une fibre optique 31. La lumière est produite dans un moyen d'éclairage 32. Par ailleurs, une caméra linéaire 33 recueille une première image I des pastilles P. On constate que la direction de l'éclairage et la direction de prise de vues sont obliques, que la première image I ne s'étend que sur une très faible portion des pastilles P, constituée par un secteur cylindrique de quelques degrés ou même, de préférence, d'une fraction de degré d'arc d'ouverture, et que la portion des pastilles P éclairée par le faisceau lumineux F est sensiblement plus importante. Enfin, pour des raisons de commodité, les premières images I s'étendent sur trois pastilles P mises bout à bout d'un même lot et qui sont donc examinées simultanément.L'extension des premières images I est choisie en fonction des conditions concrètes d'une installation déterminée (champ de la caméra, taille du point d'image, résolution recherchée, Longueur des pastilles P, cadence d'examen sou hastée) L'examen consiste à faire tourner les pastiLles P à L'aide des rouleaux 25 et 26 devant la caméra linéaire 33 et la fibre optique 31 pour recueillir suffisamment de premières images I pour obtenir une vue d'ensemble de la surface circonférentielle des pastilles P en juxtaposant les premières images I axiales et de faible extension angulaire. La largeur des premières images I dépend des vitesses d'acquisition de la caméra et de rotation des pastilles P. Les premières images I sont donc mises en mémoire et compilées par un système d'exploitation 34 de nature informatique et qui n'est pas représenté en détail. La caméra linéaire 33 est monochrome et fournit des vues comprenant soixante-quatre niveaux de gris. Il est facile de séparer les parties d'images appartenant à chacune des pastilles P. En effet, les pastilles P consécutives peuvent être distinguées par la position de leurs extrémités longitudinales. La séparation est facilitée si leurs extrémités sont chanfreinées. L'avance des pastilles en cours d'examen est interrompue pendant la durée de prise des premières images I. Une première sélection des pastilles P est effectuée à la sortie du premier poste d'examen 3. Les rouleaux 25 et 26 se terminent devant un sélecteur 35 constitué par une plaque cardioïde qu'un électro-aimant 36 commandé par le système d'exploitation 34 peut faire basculer et qui joue le rôle d'un aiguillage à l'entrée d'embranchements du chemin suivi par les pastilles P. Quand une pastille P arrive dans le creux supérieur 37 du sélecteur 35, un basculement de ce dernier vers la gauche est effectué si la pastilLe P a été reconnue comme mauvaise. Elle tombe alors dans une poubelle 38. Si la bonne qualité de la pastille P est avérée, un déplacement vers la droite du sélecteur la fait tomber dans une gouttière 5c. Si un doute subsiste, aucun basculement ne se produit et la pastille P continue son chemin sur une autre gouttière 5b qui, comme on le voit bien sur la figure 2, se termine au second poste d'examen 4, alors que la gouttière 5c le contourne. Le second poste d'examen 4 est décrit sur les figures 4 et 8. Il est presque semblable au premier et on retrouve en particulier une seconde caméra linéaire 33' semblable à la précédente, reliée à un système d'exploitation 34' qui recueille des secondes images I' des pastilles P. La différence entre les deux postes d'examen 3 et 4 consiste en ce que le moyen d'éclairage est ici un laser 43 qui émet un faisceau laser L plan réglé de façon que la portion éclairée de la surface des pastilles P coincide presque exactement avec la portion photographiée par la seconde caméra linéaire 33'. Les raisons et les conséquences de cette différence seront expliquées plus loin.Comme dans le premier poste d'examen 3, des systèmes à rouleaux tournants 25' et 26' font tourner les pastilles P pour permettre des prises de vues de l'ensemble de leur surface circonférentielle, et le système d'exploitation 34' agit de même sur un sélecteur 35' à la sortie du second poste d'examen 4 pour faire retomber les pastilles rejetées comme mauvaises dans une seconde poubelle 38' et pour faire progresser les autres dans une gouttière 5d. Le sélecteur 35' n'a besoin de prendre ici que deux états car le second examen des pastilles P a permis de lever tous les doutes sur leur qualité. Les gouttières 5c et 5d se rejoignent devant un disque 48 pourvu d'une entaille centrale 49 et représenté en détail sur la figure 9. Un moteur 50 fait tourner par l'intermédiaire d'un pignon 51 le disque 48 dans des sens alternés autour d'un axe vertical. L'entaille centrale 49 vient en face tour à tour de l'extrémité des gouttières 5c et 5d pour permettre aux pastilles P qu'elles contiennent de traver sèr le disque 48 à travers l'entaille centrale 49 et d'aboutir à une dernière gouttière 5e. La figure 10 montre que la structure de rangement 2, qui se trouve à L'autre extrémité de La gouttière 5e, est composée de clayettes 52 superposées par leurs bords latéraux 53. Leur fond 54 a une section en ligne brisée qui délimite des creux 55 pour le rangement des pastilles P admises. Un poussoir 56 (figure 2) constitué principalement d'un levier 57 basculant sous l'action d'un vérin 58 est chargé de repousser les pastilles P dans les creux 55. Quand un des creux 55 est plein, une table 59 sur laquelle le dispositif de rangement est placé subit un déplacement latéral sous l'action d'un moteur 60. Le creux 55 voisin du précédent est alors rempli à son tour. Quand une clayette 52 est pleine, un vérin 61 sur lequel la table 59 est posée est mis en action pour que la table 59 soit déplacée verticalement et qu'une nouvelle clayette 52 commence à être remplie. Ce système mécanique n'est pas obligatoire pour que le procédé d'examen conforme à l'invention soit correctement accompli. Quoiqu'il soit bien adapté, il pourrait être remplacé par d'autres. Un seul poste d'examen peut ainsi suffire, et le système de rangement peut être différent. Les défauts susceptibles d'apparaître pour de nombreuses applications et qui sont mis en évidence par le système ont été récapitulés sur la figure 11. On a représenté une fissure circonférentielle 65, une fissure longitudinale 66, une fissure oblique, de direction intermédiaire à celle des précédentes, 67, une fissure ramifiée 68 formée du croisement de deux fissures élémentaires ou plus, une fissure morcelée 69, une fissure à contour fermé 70, un éclat 71 (qui correspond à un arrachement localisé de matière), une tache 72, une inclusion 73 de matière hétérogène et un défaut de rectification 74. Ces divers défauts sont repérés et cartographiés en exploitant les images I et I'. Pour cela, on mesure les niveaux de gris sur chacun des points d'image obtenus par une décomposition ou une discrétisation des images, on calcule le niveau de gris moyen sur la surface circonférentielle de chacune des pastilles P, et des seuils sont définis à partir de cette valeur moyenne pour isoler des portions de surface plus claires ou plus foncées. Ces portions sont reconnues comme des défauts de la pastille P. Une fois que les images I et I' ont été acquises de la façon décrite précédemment, et que les zones dont les niveaux de gris diffèrent trop du niveau moyen et qui correspondent donc à des défauts ont été repérées, on procède à la reconnaissance des défauts en relevant les frontières entre ces zones trop claires ou ou trop foncées et le reste de l'image, c'est-à-dire les contours des défauts. Une première analyse est effectuée pour éliminer Les plus petits défauts, qui sont jugés peu significatifs, et le classement des autres défauts débute après ce filtrage en fonction de l'allure, de l'orientation, du nombre et des dimensions des contours subsistants. On peut par exemple commencer par distinguer les fissures 65 à 70 des autres défauts. On assimile à une fissure tous les défauts Linéaires, c'est-à-dire dont la largeur est faible par rapport à la longueur. Les fissures sont ensuite classées d'après leur orientation (circonférentielle, oblique ou longitudinale) et Leur nature (fissure simple, ramifiée ou à contour fermé) ; les tronçons de fissure rapprochés, dont les intervalles correspondent sans doute à des endroits de mauvaise détection d'une fissure unique, sont assimilés à une fissure morcelée 69 unique. Les défauts surfaciques 71 à 74 sont de même classés suivant leur nature et leur importance. Quand le relevé et le classement des défauts sont effectués, l'admission ou le rejet des pastilles P est décidée en fonction du nombre, de l'importance et de la position des défauts qu'elles portent. Certains défauts considérés comme plus graves doivent conduire plus facilement à un rejet. Les fissures ramifiées 68 et à contour fermé 70 sont ainsi plus néfastes que les fissures simples car elles sont sus ceptibles de causer un effritement des portions de surface sur lesquelles elles se trouvent. Des spécifications très différentes sont cependant envisageables en fonction des applications, si bien qu'il est inutile de donner des exemples précis. L'intérêt des deux postes d'examen 3 et 4 consiste en ce que certains des défauts n'apparaissent bien que sur l'un d'entre eux. L'éclairage par la fibre optique 31 permet en effet d'obtenir des images où les différences de couleur dues aux taches 72, aux inclusions 73 et aux défauts de rectification 74 apparaissent avec un meilleur contraste par rapport aux portions saines de la surface, alors que les éclats 71 sont repérés beaucoup mieux par l'éclairage au laser. En effet, on comprend immédiatement par la figure 8 que si la surface circonférentielle présente des défauts se traduisant par des reliefs, les endroits correspondants ne seront pas éclairés par le faisceau laser L au moment où ils seront photographiés et apparaîtront en noir. On observera donc un important contraste de couleur avec la surface intacte, ce qui n'est pas forcément le cas avec le mode d'éclairage utilisant la fibre optique 31 où une surface plus importante est éclairée. Quant aux fissures, elles sont un peu plus visibles avec L'éclairage par faisceau laser L mais apparaissent également à l'éclairage par la fibre optique 31. Certains défauts, tels que les taches 72 et les inclusions 73, dans l'application envisagée, entraînent le rejet des pastilles P qui les portent dès le premier poste d'examen 3 ; d'autres pastilles P, par exemple celles qui ne portent que des fissures 65 à 70, sont envoyées vers le second poste d'examen 4 pour déterminer la décision définitive de rejet ou d'acceptation à leur sujet en vérifiant la concordance entre les deux images I et I'. Les taches 72 qui correspondent fréquemment à des salissures par des lubrifiants et les inclusions 73 formées d'hétérogénéités souvent métalliques apparaissent en clair ou en foncé sur les images selon leur nature chimique. Les défauts de rectification 74, et plus généralement les défauts d'état de surface, apparaissent également sous la forme d'un niveau de gris différent de celui du reste de la surface. Les fissures 65 à 70 et les éclats 71 apparaissent en foncé ou en noir. REVENDICATIONS 1. Procédé d'examen automatique de la surface circonférentielle d'objets cylindriques (P), caractérisé en ce qu'il consiste à prendre des vues (I, I') de portions adjacentes de la surface tout en éclairant ces portions, à reconstituer une image de la surface en regroupant les différentes vues, à décomposer l'image en points à chacun desquels est affecté un niveau de coloration, à mesurer les niveaux de coloration des points et à relever des défauts sur la surface à partir de différences entre les niveaux de coloration de points voisins. 2. Procédé d'examen d'objets cylindriques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les portions adjacentes de la surface sont des portions axiales de faible extension angulaire qui sont éclairées obliquement. 3. Procédé d'examen d'objets cylindriques suivant La revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à calculer un niveau de coloration moyen de la surface et à classer comme défauts les points de la surface ayant des niveaux de coloration différents du niveau de coloration moyen de valeurs excédant un seuil déterminé. 4. Procédé d'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Les objets cylindriques sont mis bout à bout, les vues sont prises simultanément pour des lots d'objets cylindriques, et l'image est décomposée en parties représentant chacune un des objets. 5. Procédé d'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste, en utilisant deux moyens (31, 43) d'éclairage différents, à prendre deux fois des vues de portions adjacentes de la surface pour reconstituer deux images de la surface en regroupant les différentes vues prises avec un même moyen d'éclairage. 6. Procédé d'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à distinguer parmi les défauts des fissures linéaires (65 à 70) et des défauts surfaciques (71 à 74). 7. Procédé d'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend, après avoir relevé les défauts, un tri des objets consistant à les accepter ou à les rejeter individuellement en fonction de la nature, de l'importance ou du nombre des défauts. 8. Installation pour l'examen automatique de la surface circonférentielle d'objets cylindriques, caractérisée par un système d'alimentation (1) en objets, un chemin (5) où les objets sont avancés et un poste d'examen (3) devant une portion du chemin, le poste d'examen (3) comprenant un moyen d'éclairage (31, 32) dirigé vers la portion du chemin, de manière à éclairer une portion de la surface d'un objet examiné, un moyen de prise de vues (33) dirigé vers ladite portion de surface, un moyen de mise en rotation (25, 26, 27) des objets examinés et des moyens automatiques (34) de traitement et d'interprétation des vues. 9. Installation pour l'examen d'objets cylindriques suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le chemin consiste en des gouttières vibrantes. 10. Installation pour l'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée par une bifurcation du chemin et un aiguillage (37) en aval du poste d'examen. 11. Installation pour l'examen d'objets cylindriques suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la bifurcation est à l'entrée d'embranchements aboutissant à une structure de rangement (2) des objets examinés et à une poubelle (38, 38'). 12. Installation pour l'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle comprend, en aval du poste d'examen (3), un second poste d'examen (4) comprenant un second moyen d'éclairage (43), un second moyen de prise de vues (33') et un second système de mise en rotation des objets. 13. Installation pour l'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que le moyen d'éclairage d'un des postes d'examen est un laser émettant un faisceau plan CL), le moyen de prise de vues dudit poste étant constitué de manière à prendre des vues (I') de sensiblement toute la portion de la surface de l'objet examiné (P) éclairée par le faisceau suivant une direction de prise de vues oblique par rapport au faisceau. 14. Installation pour l'examen d'objets cylindriques suivant l'une quelconque des revendictions 8 à 13, caractérisé en ce que le système d'alimentation (1) comporte un moyen de rejet (18) d'objets arrivant mal placés devant le chemin (5a).