Brevet FR2722574A1 — publié le 19960119

La présente invention concerne le domaine technique de l'inspection d'objets ou d'articles creux translucides ou transparents, tels que par exemple des bouteilles ou des flacons, en vue de déceler d'éventuels défauts présentés par l'article et possédant la caractéristique de réfléchir la lumière. Le contrôle de la qualité de tels articles apparaît nécessaire, afin d'éliminer les articles qui présentent des défauts susceptibles d'affecter leur caractère esthétique ou, plus grave, de présenter un réel danger pour l'utilisateur. L'objet de l'invention vise, plus précisément, le domaine de la détection de défauts, appelés généralement glaçures, en exploitant leur caractéristique essentielle qui est celle de réfléchir une lumière incidente. L'invention concerne, plus particulièrement, les techniques d'inspection consistant à entraîner en rotation les articles, en vue de détecter les glaçures lors de la rotation des articles. L'art antérieur a proposé de nombreuses solutions faisant appel à une telle technique de détection. Ainsi, le document EP-0 456 910 décrit un dispositif assurant l'inspection d'articles creux destinés à être mis en rotation autour de leur axe central. Un système d'éclairage est apte à fournir un faisceau lumineux incident concentré par une lentille sur la partie supérieure de la bague de l'article. Un système de réception, tel qu'une caméra matricielle, reçoit les faisceaux lumineux réfléchis, notamment par des glaçures verticales, lors de la rotation de l'article. La caméra est reliée à une unité de traitement indiquant si les faisceaux réfléchis dépassent un seuil d'intensité lumineuse prédéterminée, au-delà duquel un défaut est constaté. Un tel dispositif ne permet pas d'identifier les défauts réels provenant de glaçures, en les différenciant des signaux parasites dus à des éclairements parasites ou aux filets de vissage pour des bouchons. En effet, le principe de ce dispositif, qui repose sur la détection d'un niveau de seuil d'intensité lumineuse reçue par la caméra, conduit à identifier, comme un défaut, un signal parasite atteignant le seuil de détection. L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients énoncés ci- dessus en proposant un procédé permettant d'identifier les défauts réels d'un objet creux transparent ou translucide en les différenciant de signaux parasites. Pour atteindre cet objectif, le procédé selon l'invention consiste - à éclairer une zone de l'objet creux par au moins un faisceau incident, - à assurer la rotation relative par rapport au faisceau incident de l'objet creux selon son axe central, - et à acquérir et à traiter les faisceaux lumineux réfléchis par l'objet, en vue de déterminer si l'objet présente ou non un défaut. Selon l'invention, le procédé consiste: - à partir des faisceaux lumineux réfléchis par l'objet, à former des images successives de l'objet selon une cadence déterminée, - et à réaliser une opération de comparaison entre au moins deux images successives, de manière à distinguer les faisceaux réfléchis de nature stationnaire, correspondant à des réflexions parasites, de ceux de nature variable dans le temps et l'espace correspondant à des défauts de l'objet. Il est à noter, également, que le document EP-0 456 910 décrit un dispositif permettant de détecter exclusivement des glaçures verticales présentées par la bague de l'article creux. Le système décrit, qui ne s'avère pas adapté pour détecter des glaçures horizontales, ne permet pas d'assurer, à lui seul, un contrôle efficace de la qualité des articles à inspecter. L'objet de l'invention vise donc à offrir un procédé conçu pour distinguer les signaux parasites des défauts réels présentés par un objet creux et provenant aussi bien des glaçures verticales que des glaçures horizontales. Pour atteindre cet objectif, le procédé selon l'invention consiste - à éclairer la paroi intérieure de l'objet, à l'aide d'un faisceau incident, en vue de détecter les défauts horizontaux, et/ou la paroi extérieure de l'objet, à l'aide de faisceaux incidents, en vue de détecter les défauts verticaux, - et à disposer sur le trajet des faisceaux lumineux réfléchis, un élément optique de récupération, en vue de leur acquisition et traitement. L'objet de l'invention vise également à proposer un dispositif de détection comportant: - au moins un système d'éclairage apte à fournir un faisceau lumineux incident éclairant une zone de l'objet creux, - un système de réception des faisceaux lumineux réfléchis par l'objet et récupérés par un élément optique, - et une unité d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus par le système de réception, afin de déterminer si l'objet présente ou non un défaut. L'unité d'analyse et de traitement comporte - des moyens de formation d'images successives à une cadence déterminée, - et des moyens assurant la réalisation d'une opération de comparaison entre au moins deux images successives, de manière à distinguer les faisceaux réfléchis de nature stationnaire correspondant à des réflexions parasites, de ceux de nature variable dans le temps et l'espace correspondant à des défauts de l'objet. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique en élévation de la mise en oeuvre d'un dispositif de détection selon l'invention. La fig. 2 est un schéma-bloc fonctionnel illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de détection selon l'invention. Les fig. 3A à 3D montrent diverses images illustrant le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention. La fig. 4 est une vue en perspective illustrant un exemple préféré de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention. Les fig. 5A et 5B sont des schémas montrant, dans le plan vertical, le trajet des faisceaux lumineux du dispositif de détection illustré à la fig. 4. La fig. 6 est un schéma montrant, dans le plan horizontal, le trajet des faisceaux lumineux du dispositif de détection illustré à la fig. 4. Tel que cela apparaît à la fig. 1, le dispositif 1 selon l'invention est conçu pour permettre le contrôle d'objets ou d'articles creux 2 réalisés en un matériau transparent ou translucide tel que du verre. Le dispositif I est apte à détecter des défauts, notamment des glaçures susceptibles d'apparaître au niveau d'une zone prédéterminée d'inspection ou de contrôle qui, dans l'exemple illustré, correspond aux bagues des bouteilles 2. D'une manière classique, les bouteilles 2 sont prises en charge par un système de manipulation approprié 3 permettant d'assurer la rotation des bouteilles autour de leur axe principal longitudinal 4. Le dispositif de détection 1 selon l'invention comporte au moins un système d'éclairage 5 conçu pour délivrer un faisceau lumineux incident 6 destiné à éclairer une zone prédéterminée de la bouteille 2, selon un angle d'incidence approprié, afin d'éviter la confusion entre des faisceaux lumineux réfléchis 7 dus à des glaçures 8 et des réflexions lumineuses parasites dues, notamment, à la présence des filets aménagés sur les bouteilles du type bague à vis. Le dispositif de détection 1 comporte, également de préférence, un élément optique 9 de collecte ou de récupération des faisceaux réfléchis 7, afin de les transmettre à un système de réception 10 constitué, dans l'exemple illustré, par une caméra matricielle à haute fréquence d'acquisition permettant d'observer de façon successive chaque point de la bague sur au moins deux images consécutives. La caméra 10 reçoit, par l'intermédiaire de l'élément optique 9, une image de la zone de la bouteille éclairée par le faisceau incident 6. Une telle image est susceptible d'évoluer en fonction de la rotation de la bouteille en laissant apparaître les divers faisceaux lumineux réfléchis par l'objet 2 au cours de sa rotation. La caméra 10 transmet ces informations à une unité 11 d'analyse et de traitement d'images. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 2, l'unité 11 d'analyse et de traitement comporte un circuit d'acquisition 12 relié en entrée, à la caméra 10 qui délivre des signaux électroniques représentatifs de l'intensité lumineuse reçue par chacune des cellules photosensibles de la caméra et correspondant aux images apparaissant sur l'élément optique 9. Le circuit d'acquisition 12 assure la conversion du signal analogique en un signal numérique codé sur un certain nombre de bits suivant une échelle de gris déterminée. Le circuit d'acquisition 12 est relié à une unité de commande 13 reliée à un système non représenté de détection de la présence d'une bouteille 2. L'unité de commande 13 est également reliée à un codeur associé au système 3 de mise en rotation de la bouteille permettant, comme cela sera expliqué dans la suite de la description, l'acquisition des images à des intervalles de distance prédéterminés. Le circuit d'acquisition 12 est relié, par l'intermédiaire d'un filtre 14, à un circuit 15 assurant la formation d'images successives il, i2,..*, i. L'unité de traitement 11 comporte également des moyens 16 assurant la réalisation d'une opération de comparaison entre au moins deux images successives i à i., de manière à identifier les défauts de glaçures. Les moyens 16 sont reliés, en sortie, à un circuit de seuil 17 adapté pour conserver les signaux dépassant un niveau prédéterminé d'intensité lumineuse. La sortie du circuit de seuil 17 est connectée à un circuit 17, de mesure des caractéristiques des tâches lumineuses apparaissant sur les images. Le circuit de mesure 17, définit les paramètres de forme des défauts, tels que la surface, le périmètre ou le centre de gravité, ainsi que le niveau de gris moyen du signal correspondant à la luminosité de la réflexion. La mesure des caractéristiques de la tâche lumineuse permet au circuit 171, par comparaison, de déterminer si la tâche lumineuse correspond ou non à une réflexion de glaçure. Dans le cas o le circuit 17, estime que la tâche lumineuse est due à une réflexion de glaçure, le circuit 17, pilote un circuit de rejet 172 permettant de retirer la bouteille défectueuse du convoyeur. Le procédé de détection selon l'invention découle directement de la description qui précède. Dès qu'une bouteille 2 est prise en charge par le système de manipulation 3, l'unité de commande 13 active la caméra 10, de manière à acquérir, lors de la rotation de la bouteille sur un tour, des images à une fréquence déterminée, de préférence régulière. A titre d'exemple, la fréquence d'acquisition des images est de 64 images pour un tour de rotation de la bouteille. Les images prises permettent de faire apparaître, sous la forme de tâches ou de traces lumineuses, les réflexions lumineuses 7 provenant soit de défauts réels, tels que des glaçures, soit de parasites notamment dus à la présence des filets de vissage aménagés sur les bouteilles. Les fig. 3A à 3C illustrent trois exemples d'images i,, i2, i3 prises successivement par la caméra 10, respectivement à des temps t,, t2 t3. L'image il laisse apparaître, notamment, deux tâches lumineuses centrales 1", 1 et une tâche lumineuse inférieure 13, tandis que l'image i2 permet de distinguer, en plus des tâches 1!, 12, 13, une tâche supplémentaire 14. L'image i3 permet de constater la persistance des tâches lumineuses 11, 12, 13 et la disparition de la tâche lumineuse 14. Il peut donc en être déduit que les tâches 12, 12, 13 sont de nature stationnaire et proviennent de faisceaux réfléchis à caractère parasite, tandis que la tâche lumineuse 14 est de nature variable dans le temps et l'espace et correspond à une glaçure. Une analyse comparative des images prises par la caméra permet d'assurer une distinction entre les signaux dus à des glaçures et des signaux parasites. Dans l'exemple illustré, les moyens 16 comparent les images en effectuant une opération de soustraction entre deux images successives. La fig. 3D illustre une image i' correspondant à une soustraction des images i, et i2. L'image i' laisse apparaître uniquement la tâche lumineuse 14 correspondant à un défaut de glaçure. Une analyse de cette image i', par des opérations, par exemple, de seuil et de contour réalisées à l'aide des circuits 17, 17", permet de déterminer si le défaut constaté doit entraîner ou non le rejet de l'article. Le procédé selon l'invention permet ainsi de scruter toute la circonférence de la bague de la bouteille en considérant que chacun des points observés apparaît sur au moins deux images. La détection et l'identification des défauts de glaçures sont obtenues en réalisant une analyse comparative entre au moins deux images successives prises lors de la rotation de l'article. Le procédé selon l'invention offre l'avantage d'être particulièrement efficace et simple à mettre en oeuvre. Bien entendu, l'opération de comparaison entre les images peut être complétée par une opération de correction des positionnements des articles, réalisée par un système approprié de resynchronisation. Par ailleurs, il doit être considéré que l'opération de comparaison peut être différente d'une opération de soustraction. A titre d'exemple, l'opération de comparaison peut consister à examiner les différences ou les ressemblances entre les caractéristiques des tâches lumineuses apparaissant sur les images successives. Cette analyse comparative peut consister aussi bien en une prise en compte de la position spatiale et temporelle des tâches, que de leurs paramètres caractéristiques, à savoir, notamment, surface, périmètre, centre de gravité ou niveau de gris. Les fig. 4, SA et 5B illustrent un perfectionnement du procédé décrit ci- dessus permettant de détecter aussi bien les glaçures dites horizontales, que les glaçures dites verticales. A cet égard, le dispositif 1 selon l'invention comporte un système d'éclairage 5 situé au-dessus de la bouteille et apte à fournir un faisceau incident 6 qui est destiné à éclairer la paroi interne de la bouteille 2, en vue d'assurer la détection des glaçures horizontales. Tel que cela apparaît plus précisément aux fig. 4 et 5A, le faisceau incident 6 forme, avec un plan transversal ou horizontal P de la bouteille, un angle /5 compris entre 20 et 60 . Le faisceau de réflexion 7 est récupéré par l'élément optique 9 constitué, avantageusement, par un miroir présentant une surface de réflexion 18 de forme cylindrique dont la concavité est tournée vers l'objet 2. L'axe vertical de symétrie OI du miroir est placé parallèlement et, de préférence, en coïncidence avec l'axe longitudinal 4 de la bouteille. Le miroir cylindrique 9 joue le rôle d'un collecteur de faisceaux lumineux au même titre qu'une lentille collectrice. Les faisceaux lumineux incident 6 et réfléchi 7 sont placés dans un même plan vertical qui passe par le plan diamétral du miroir 9 défini, notamment, par les points A et S. La mesure AHL, correspondant à la position du faisceau lumineux dans le plan vertical par rapport au plan horizontal P tangent à la bague de la bouteille, est telle que AH = (R + AS - r)tan(j9) - A, (1) avec r le rayon de la bague de l'article 2, R le rayon du miroir 9, : la distance O'O". Le dispositif 1 selon l'invention comporte également un deuxième 20 et un troisième 21 systèmes d'éclairage aptes à fournir, chacun, respectivement un faisceau lumineux incident 23, 24 adapté pour éclairer la paroi extérieure de l'objet 2, en vue d'assurer la détection des glaçures verticales. Les systèmes d'éclairage 20, 21 sont placés symétriquement par rapport à l'axe central de symétrie AS et en dessous du plan tangent P. Les faisceaux lumineux incidents 23, 24 entrainent l'apparition, lors de la présence de glaçures verticales, de faisceaux réfléchis respectifs 25, 26. La fig. 5B illustre, à titre d'exemple, le cheminement du rayon incident 23 et, par suite, du rayon incident 24, formant un angle O' avec le plan horizontal P. Dans le plan vertical, le miroir cylindrique 9 est utilisé comme un miroir plan, dans la mesure o dans ce plan, la courbure est infinie. La mesure AH correspondant à la position du faisceau lumineux dans le plan vertical par rapport au plan horizontal P tangent à la bague de la bouteille, est telle que AH = (R + AS)tang(fy'), (2). Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 6, la courbure du miroir permet de ramener les faisceaux réfléchis 25, 26 sur l'axe central AS du miroir sur lequel se situent déjà les réflexions des glaçures horizontales. Il est à noter que: Sin (i) = r/R cos (a) et AS = [R sin (i) / sin (oa - 2i)] + R, (3) avec r le rayon de la bague de l'article 2, R le rayon du miroir 9, i le demi-angle au sommet entre les faisceaux incident au miroir et réfléchi par le miroir, a: l'angle d'incidence dans le plan horizontal des faisceaux lumineux 23, 24. Il est important que le rayon réfléchi par le miroir passe entre le point C, à savoir le centre de courbure du miroir, et le point F, à savoir le foyer du miroir, de manière que la réflexion soit ramenée sur l'axe central AS. Les points C et F sont des points limites, dans la mesure o tout rayon passant par le point C est réfléchi sur lui même et tout rayon passant par le point F est réfléchi parallèlement à l'axe central AS. D'une manière avantageuse, le centre de la bouteille 2 est placé de manière à coïncider avec le centre de courbure F du miroir en vue, d'une part, de simplifier les calculs pour le positionnement de la caméra et, d'autre part, d'obtenir une zone de réflexion autour du point A. L'utilisateur fixe les angles j2 ou /l' et les formules (1), (2) et (3) permettent de déterminer les mesures AS, AH et les angles (3' ou b. Il doit être considéré que le point A représente théoriquement le point de rencontre, dans l'espace, des rayons réfléchis par les glaçures horizontales et verticales. En pratique, suivant l'orientation de la glaçure, le point de rencontre des rayons réfléchis se situe dans un espace situé autour du point A. La position de la caméra 10 se calcule donc facilement à partir des formules de la réflexion données ci-dessus. Le système peut être séparé en deux systèmes indépendants de contrôle des glaçures verticales et de contrôle des glaçures horizontales. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé pour détecter des défauts (8) réfléchissant la lumière et présentés par un objet creux (2) transparent ou translucide, le procédé consistant: - à éclairer une zone de l'objet creux (2) par au moins un faisceau incident (6, 23, 24), - à assurer la rotation relative par rapport au faisceau incident de l'objet creux selon son axe central (4), et à acquérir et à traiter les faisceaux lumineux réfléchis (7, 25, 26) par l'objet, en vue de déterminer si l'objet présente ou non un défaut, caractérisé en ce qu'il consiste: - à partir des faisceaux lumineux réfléchis par l'objet, à former des images successives (i,, i2,..., i") de l'objet selon une cadence déterminée, - et à réaliser une opération de comparaison entre au moins deux images successives, de manière à distinguer les faisceaux réfléchis de nature stationnaire, correspondant à des réflexions parasites, de ceux de nature variable dans le temps et l'espace correspondant à des défauts de l'objet. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer, en tant qu'opération de comparaison, une opération de soustraction entre des images successives ou une opération d'examen comparatif des caractéristiques des tâches lumineuses apparaissant entre des images successives. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste - à éclairer la paroi intérieure de l'objet, à l'aide d'un faisceau incident (6), en vue de détecter les défauts horizontaux, et/ou la paroi extérieure de l'objet, à l'aide de faisceaux incidents (23, 24), en vue de détecter les défauts verticaux, - et à disposer sur le trajet des faisceaux lumineux réfléchis (7, 25, 26), un élément optique de récupération (9), en vue de leur acquisition et traitement. 4 - Dispositif pour détecter des défauts réfléchissant la lumière et présentés par un objet creux (2) transparent ou translucide, le dispositif comportant - au moins un système d'éclairage (5, 20, 21) apte à fournir un faisceau lumineux incident (6, 23, 24) éclairant une zone de l'objet creux, - un système (10) de réception des faisceaux lumineux réfléchis par l'objet et récupérés par un élément optique (9), - et une unité (11) d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus par le système de réception, afin de déterminer si l'objet présente ou non un défaut, caractérisé en ce que l'unité d'analyse et de traitement (11) comporte: des moyens (15) de formation d'images (i, i*,...., i) successives à une cadence déterminée, - et des moyens (16) assurant la réalisation d'une opération de comparaison entre au moins deux images successives, de manière à distinguer les faisceaux réfléchis de nature stationnaire correspondant à des réflexions parasites, de ceux de nature variable dans le temps et l'espace correspondant à des défauts de l'objet. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (16) assurent la réalisation d'une opération de soustraction entre des images successives ou une opération d'analyse comparative des caractéristiques des tâches lumineuses apparaissant entre des images successives. 6 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément optique (9) est constitué par un miroir présentant une surface de réflexion (18) cylindrique dont l'axe de symétrie coïncide avec l'axe central de l'objet. 7 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un premier système d'éclairage (5) apte à fournir un faisceau lumineux incident (6) éclairant la paroi intérieure de l'objet creux, en vue d'assurer la détection des glaçures horizontales. 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le faisceau lumineux incident (6) forme, avec le plan transversal (P) de l'objet, un angle (ô) compris entre 20 et 60 . 9 - Dispositif selon la revendication 4 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième (20) et un troisième (21) systèmes d'éclairage aptes à fournir chacun un faisceau lumineux incident (23, 24) éclairant une paroi extérieure distincte de l'objet creux, en vue d'assurer la détection des glaçures verticales. - Dispositif selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux (23, 24) sont placés symétriquement par rapport à l'axe central de symétrie du miroir (9).