Brevet FR2681429A1 — publié le 19930319

Procédé et dispositif d'inspection du verre L'invention se rapporte au domaine de l'inspection industrielle automatique et a plus particulièrement pour objet un procédé, et le dispositif correspondant, pour l'inspection du verre. D'une manière générale, I'inspection du verre a pour objet la détection et la localisation de défauts, appelés "inclusions", générés lors de la phase de fabrication dans des morceaux de verre. La répercussion de ces défauts sur la qualité du verre produit dépend de leur nombre, de leur forme, et des normes imposées aux verriers selon l'application visée. Ces défauts sont de deux types - type "bouillon" : les défauts sont des bulles gazeuses restées prisonnières dans le matériau en fusion; - type "pierre" : les défauts sont des défauts d'homogénéité des constituants de base, entraînant la formation d'une particule visible dans le verre. La taille de ces inclusions est en général inférieure au millimètre et leur mesure doit être effectuée avec une grande précision, au moins pour certaines applications, la précision requise pouvant aller de 1/10sème à un 11100ème de millimètre. La détection automatique de ces défauts est d'une grande importance pour les verriers : une solution à ce problème permet à la fois d'accroître la qualité du verre fabriqué (meilleur respect des normes de qualité) et de disposer de statistiques fiables sur le nombre et la taille des défauts afin de modifier en conséquence les différents paramètres de production du verre. Les procédés d'inspection du verre actuellement connus se limitent à l'examen visuel du verre par un observateur humain. En effet, les tentatives d'utilisation de la vision artificielle pour l'inspection du verre n'ont, jusqu'à présent, pas donné de résultats car ces solutions effectuent un traitement de l'information bidimensionnel. Les procédés correspondants ne permettent donc pas de discriminer efficacement les défauts de surface, poussière et rayures etc..., supprimés par un simple polissage du verre, des inclusions qui sont noyées dans la masse du verre. L'invention a pour objet un procédé d'inspection du verre, et le dispositif correspondant, qui permet d'éviter les inconvénients des méthodes classiques en permettant à la fois de localiser les défauts à la surface comme dans l'épaisseur du verre et de connaître approximativement leurs positions dans l'épaisseur du verre, ce qui permet une très bonne discrimination entre défauts de surface et inclusions. Selon l'invention le procédé d'inspection utilise un traitement tridimensionnel et pour cela effectue un éclairage localisé du verre par un faisceau laser, et une détection adaptée qui permet de visualiser séparément la face supérieure du verre et sa face inférieure, et, entre les deux, son épaisseur. Selon l'invention, un procédé d'inspection du verre est caractérisé en ce qu'il consiste - à illuminer par un rayonnement laser des plans de coupe successifs du morceau de verre à inspecter, par déplacement relatif d'un rideau lumineux formé à partir d'une source d'éclairage de type laser et du morceau de verre à inspecter, - à détecter, par une caméra, le rayonnement réfléchi émergeant du morceau de verre dans une direction d'observation oblique par rapport au plan du rideau lumineux, de sorte que l'image formée par la caméra comporte deux lignes correspondant aux faces supérieure et inférieure du morceau de verre et éventuellement des points lumineux situés entre ces deux lignes correspondant à des inclusions dans l'épaisseur du verre. L'invention a également pour objet le dispositif d'inspection destiné à la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. - La figure 1 est un schéma du dispositif d'inspection selon l'inven tion - La figure 2 est un schéma de détail du dispositif; - La figure 3 illustre le principe de l'éclairage du verre selon l'invention; - Les figures 4A, 4B, 4C et 4D sont des schémas explicatifs; - La figure 5 est un schéma optique. Le dispositif d'inspection du verre selon l'invention comporte, dans un mode de réalisation illustré schématiquement en vue de dessus sur la figure 1, deux postes, un poste 1 de détection et de localisation des défauts en trois dimensions, X, Y, Z et un poste 2 de classification et de mesure de ces défauts. Le morceau de verre 3 est posé sur un convoyeur 4 et analysé au fur et à mesure qu'il passe à la verticale du poste 1 pour la détection et la localisation des défauts, le déplacement du convoyeur s'effectuant suivant l'axe X. Le poste 1 fournit une image des coupes successives du morceau de verre (dans le plan YZ), telle que celle montrée sur la figure 1 où une inclusion a été représentée entre deux lignes correspondant respectivement à la surface supérieure et à la surface inférieure du verre. Pour cela le premier poste est constitué de la manière suivante. II comporte une source d'éclairage 10 de type laser hélium néon, HeNe illustrée par la figure 2. Le faisceau émis par la source laser est élargi par un barreau optique disposé à la sortie de cette source de façon à constituer une sorte de rideau lumineux, d'épaisseur adaptée, comme illustré sur la figure 2, qui correspond à chaque instant à une coupe YZ du morceau de verre. Ce rideau lumineux éclaire donc le verre perpendiculairement au plan du convoyeur et rencontrée donc successivement: - la face supérieure du morceau de verre, - éventuellement les inclusions à détecter, - la face inférieure du morceau de verre. Une caméra 20 placée au-dessus du verre et obliquement par rapport au rideau lumineux, comme illustré en coupe par la figure 3, est destinée à capter le rayonnement émergeant du morceau de verre dans sa direction, dite direction d'observation, et voit donc ces interruptions respectivement comme - une ligne Lsup correspondant à la face supérieure - éventuellement un p@@@nt fortement lumineux Pincl en cas d'inclu sion; - une ligne Linf correspe3-ndant à la face inférieure. Les lignes correspondmites peuvent être des traits si l'intersection du rideau lumineux et de la face supérieure du verre est une droite, ou des lignes courbes pour une face sphérique ou cylindrique si la courbure s'étend dans le sens du rideau lumineux. Dans cette configuratien les défauts apparaissent de la manière suivante - une inclusion produit un point lumineux situé dans l'image entre les deux lignes dues aux fades supérieure et inférieure, comme illustré sur la figure 4a - un défaut de surface produit un point lumineux qui se confond partiellement avec la ligne de; la face supérieure, comme illustré par la figure 4b; - un défaut sur la surfasse du fond produit un point lumineux qui se confond partiellement avec la ligne de la face inférieure, comme illustré par la figure 4c - enfin s'il n'y a pas de. défaut.seuls les deux traits correspondant aux faces supérieure et inférieure apparaissent sur l'image, comme illustré par la figure 4d. Selon ce principe, le procédé d'inspection d'un morceau de verre, consiste à faire défiler ce morceau de verre sur le tapis du convoyeur 4 sous le poste 1 comportant l Les images sont acquises par le système de caméras à la fréquence vidéo ; la séquence d'images ainsi obtenue fait l'objet d'un traitement dans un dispositif de traitement informatique qui permet de détecter et de suivre les deux lignes associées aux surfaces ainsi qu'une ou plusieurs inclusions entre ces deux lignes. L'information fournie par le poste 1 est donc une localisation par imagerie des défauts en trois dimensions X, Y et Z. L'information de luminance du défaut permet en outre de quantifier approximativement la taille des défauts, et cette information peut être exploitée par le poste 2 pour la classification et la mesure. Dans un mode de réalisation du dispositif d'inspection, les caractéristiques du système d'éclairage sont telles que la source est une source laser hélium néon comme indiqué ci-dessus, les moyens d'expansion du faisceau issu de la source laser sont constitués d'un barreau optique ou d'une lentille divergente, demi cylindre plan/concave, de façon à épandre le faisceau laser dans une seule direction ; I'épaisseur du rideau laser doit être supérieure à la taille des défauts de façon à garantir la détection du défaut dans tous les cas. En ce qui concerne le système d'imagerie, les capteurs utilisés sont du type CCD ; le nombre de capteurs dépend de la largeur du morceau de verre à inspecter et de la résolution désirée. De plus, dans un mode de réalisation, dans le cas de surfaces courbes convexes, comme illustré par la figure 5, le nombre de caméras est doublé de façon à s'affranchir de phénomènes parasites dus à des réflexions multiples du faisceau laser dans le verre, susceptibles de générer sur l'image des lignes lumineuses d'énergie moindre à l'intérieur des deux lignes précédemment décrites. De manière plus générale, le dédoublement du traitement de l'information permet de rendre plus robuste le dispositif, notamment dans le cas d'une atmosphère poussiéreuse. Dans ce cas deux caméras sont placées symétriquement par rapport au laser dont l'axe est vertical.L'angle d'incidence (i) entre le laser et l'axe optique de la caméra est choisi de façon que l'un des axes des deux caméras soit toujours situé du côté opposé au faisceau laser par rapport à la normale à la surface du verre. Ainsi pour la partie gauche de la pièce la caméra 21 sera utilisée alors que pour la partie droite de la pièce la caméra 22 sera utilisée. En ce qui concerne le système optique de la caméra, au niveau du poste 1 le problème n'est pas la précision mais simplement la détection et la localisation des défauts dont les coordonnées suivant les axes X, Y et Z sont ensuite communiquées au poste 2 pour la mesure précise. L'optique de la caméra est donc choisie de la manière suivante. Pour le grandissement, un compromis est réalisé entre une forte profondeur de champ qui permet d'observer nettement toute l'épaisseur du verre (faible grandissement) et un grandissement plus grand qui lui a l'intérêt de pouvoir séparer les inclusions des deux traits de surface. De plus, le système optique de la caméra comporte un anamorphoseur: en pratique il n'est pas nécessaire d'avoir la même résolution selon les deux axes de l'image. Une bonne précision est requise selon l'axe vertical de manière à séparer correctement les inclusions des deux lignes de surface (qui sont les deux lignes horizontales sur les images des figures 4a à 4d ; en revanche on souhaite pouvoir couvrir la plus large bande possible de verre selon l'axe horizontal (Y) de manière à limiter le nombre de caméras nécessaires et la puissance du traitement informatique. C'est pourquoi un système optique anamorphoseur est utilisé pour assurer un grandissement anisotrope dans l'image selon les deux directions orthogonales X et Z. L'analyse des images ainsi obtenues lors du défilement du morceau de verre porté par le convoyeur à la verticale du poste d'observation permet d'extraire les informations utiles et notamment - la luminance; - la position des inclusions, c'est-à-dire les coordonnées (u,v) des points apparaissant en surbrillance dans l'image - le mouvement de ces points sur une séquence de deux ou trois images consécutives; - la taille de ces points. Le traitement de ces informations et des informations connues a priori sur la forme et les dimensions de la pièce inspectée permettent un traitement automatique. L'invention n'est pas limitée au procédé et au dispositif d'inspection du verre tel que décrits en détails ci-dessus. En particulier, il a été décrit un convoyeur sur lequel est entraîné un morceau de verre qui défile à la verticale d'un poste d'observation. Mais il est possible d'utiliser sans sortir du cadre de l'invention, un poste d'observation mobile, le matériau à inspecter restant fixe. Cette disposition est notamment intéressante pour les grosses pièces de verre à inspecter. De plus, la caméra a été prévue dans l'exemple pour former une image à partir du rayonnement émergeant dans la direction d'observation. Pour améliorer l'image obtenue sur le détecteur de la caméra il est possible d'introduire sur le trajet du rayonnement détecté une optique qui faciliterait la formation de l'image utile, notamment un filtre optique transmettant au détecteur le rayonnement émergeant à la longueur d'onde de la source laser utilisée. REVENDICATIONS 1. Procédé d'inspection du verre caractérisé en ce qu'il consiste - à illuminer par un rayonnement laser des plans de coupe (YZ) successifs du morceau de verre à inspecter, par déplacement relatif d'un rideau lumineux formé à partir d'une source d'éclairage de type laser et du morceau de verre à inspecter, - à détecter, par une caméra, le rayonnement réfléchi émergeant du morceau de verre dans une direction d'observation oblique par rapport au plan (YZ) du rideau lumineux, de sorte que l'image formée par la caméra comporte deux lignes correspondant aux faces supérieure et inférieure du morceau de verre et éventuellement des points lumineux situés entre ces deux lignes correspondant à des inclusions dans l'épaisseur du verre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le morceau de verre est posé sur un convoyeur qui défile dans un plan horizontal (XY), au droit du rideau lumineux laser vertical (YZ) créé par un poste d'observation fixe, L'image étant reprise par une caméra également fixe d'axe oblique par rapport au rideau lumineux. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rayonnement émergeant du morceau de verre est détecté dans une direction oblique telle que l'axe de la source laser et l'axe d'observation soient situés de part et d'autre de la normale à la surface du morceau de verre, de façon à éviter les réflexions parasites avant détection. 4. Dispositif d'inspection du verre pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un poste d'observation comportant une source d'éclairage, de type laser, couplée à des moyens d'expansion du faisceau dans une seule direction, Y, pour former un rideau lumineux dans un plan orthogonal (YZ) à un plan (XY) support pour le verre à inspecter, destiné à éclairer des plans de coupe successifs d'un morceau de verre, et au moins une caméra d'axe oblique par rapport au plan du rideau lumineux pour capter le rayonnement réfléchi par le verre dans une direction d'observation. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour permettre l'inspection de verres non plans, le dispositif comporte deux caméras situés de part et d'autre de la source d'éclairage, par rapport au plan du rideau lumineux. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte, pour des morceaux de verre de grande largeur, plusieurs sources d'éclairage formant chacune un rideau lumineux, I'ensemble des rideaux lumineux créés éclairant un plan de coupe complet du morceau de verre. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'un dispositif optique anamorphoseur est associé à la caméra pour permettre une observation d'un plan du verre sur une largeur aussi grande que possible, selon la direction Y, sans que l'observation de l'épaisseur selon la direction Z soit affectée.