Brevet FR2720654A1 — publié le 19951208

PROCEDE ET APPAREIL DE POSITIONNEMENT DE BALLE La présente invention concerne un procédé et un appareil de positionnement d'une balle. Dans un procédé de fabrication ou un procédé de contrôle de balles qui com- portent des lignes de jonction en forme d'haltère sur leurs surfaces (par exemple des balles de tennis), il est nécessaire de positionner les balles de sorte que des faces définies des balles soient dirigées dans une direction définie. Une balle de ce type (c'est-à-dire une balle ayant des lignes de jonction en forme d'haltère sur sa surface) est fabriquée par collage de deux feuilles de tissu melton (fondu en place) en forme d'haltère sur un noyau de balle, introduction de la balle dans une matrice de presse et vulcanisation de la balle. Le ciment de caoutchouc qu'on utilise pour coller les feuilles de melton en forme d'haltère sur le noyau de balle s'écoule par la portée (le joint) de la ma- trice et il forme des "bavures" sur le produit. La ligne de jonction des feuilles rencontre inévitablement le joint de la matrice en plusieurs points et, par conséquent, il se forme plusieurs bavures sur la ligne de jonction. En outre, le nombre des points où la ligne de jonction coupe la portée varie entre deux et quatre en fonction de la position de la balle non vulcanisée lorsqu'elle est introduite dans la matrice de presse. Du point de vue de la qualité, il est souhaitable que ce nombre (c'est-à-dire le nombre des bavures) soit de deux et il faut donc positionner correctement la balle lorsqu'on la place dans la matrice de presse. Dans un procédé automatique de contrôle de qualité des balles, il faut positionner les balles lorsqu'on les introduit dans une machine d'inspection et, en outre, il faut positionner les balles lorsqu'on les introduit dans une machine de marquage afin de marquer les balles automatiquement. Dans un procédé connu de positionnement d'une balle, on fait tourner une balle devant un capteur qui mesure la quantité de lumière réfléchie par la ligne de jonction et les feuilles de melton, on mesure la position de la ligne de jonction sur le cercle de rotation, on fait tourner la balle répétitivement et on positionne la balle de sorte que la ligne de jonction apparaisse en condition optimale. Dans le procédé usuel précédent, il faut faire tourner la balle une pluralité de fois jusqu'à ce que la balle soit positionnée correctement, et le temps requis pour l'opération est long. En outre, il est difficile de détecter une ligne de jonction d'une balle non vulcanisée, au moyen d'un capteur, et de positionner la balle avec précision, car une ligne de jonction d'une balle non vulcanisée est plus étroite que celle d'une balle finie. La présente invention a donc pour objet de procurer un procédé et un appareil de positionnement d'une balle, par lesquels une balle non vulcanisée ayant une ligne de jonction étroite, ainsi qu'une balle finie, est positionnée rapidement et avec précision. Conformément à la présente invention, cet objectif est atteint par un procédé et un appareil dans lesquels une balle est tenue par un mécanisme support de balle de sorte que le centre de la balle coïncide avec une origine à laquelle des axes x,y et z se coupent mutuellement perpendiculairement et de sorte que la balle peut tourner ; la balle est photographiée dans la direction de l'axe z, qui est un des trois axes x,y et z ; la position d'un point où la surface de la balle coupe un axe N, qui coupe perpendiculairement un plan contenant un arc d'une ligne de jonction en forme d'haltère de ladite balle et qui passe par le centre dudit arc, est calculée sur la base de l'image obtenue ; et on fait tourner et on positionne la balle, tenue par ledit mécanisme support, sur la base de la position calculée du point. La présente invention est décrite ci-après en détail, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un organigramme schématique d'un appareil de positionnement de balle conforme à la présente invention la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mécanisme support de balle la figure 3 est une vue d'une image d'une balle prise par des moyens photographiques la figure 4 est une vue schématique indiquant des sens de rotation d'une balle la figure 5 est une vue explicative d'un point où un axe coupe la surface d'une balle la figure 6 est un organigramme du procédé conforme à l'invention la figure 7 est une vue en plan de feuilles de melton en forme d'haltère la figure 8 est une coupe illustrant une situation de vulcanisation la figure 9 est une vue en perspective d'une balle la figure 10 est une vue explicative d'une ligne de jonction ; et la figure llA, la figure 11B et la figure lîC sont des vues illustratives d'un procédé de fabrication de la balle. On se reporte maintenant aux dessins. La figure 1 est un schéma de principe d'un appareil de positionnement de balle conforme à la présente invention.Cet appareil comprend un mécanisme support de balle 2 qui supporte une balle 1 (voir la figure 2) d'une manière telle qu'on peut faire tourner la balle, des moyens 3 de photographie de la balle 1 qui est tenue par ledit mécanisme support de balle 2, une unité arithmétique 5 de calcul de la position du centre 25 (voir la figure 5) d'un des arcs d'une ligne de jonction en forme d'haltère 4 de ladite balle 1 sur la base de l'image fournie par lesdits moyens de photographie 3, et une unité de comnande 6 qui entraîne ledit mécanisme support de balle 2 sur la base des données fournies par ladite unité arithmétique 5. Comme représenté sur la figure 2, la balle 1 à positionner est une balle qui comporte une ligne de jonction ou de couture 4 sur sa surface (par exemple une balle de tennis). Cette balle 1 est fabriquée par fixation de deux feuilles de tissu de type melton en forme d'haltère 7 comme représenté sur la figure 7 sur un noyau, introduction de la balle dans une matrice ou un moule de presse 8, et vulcanisation de la balle, comme représenté sur la figure 8. Le ciment de caoutchouc utilisé pour coller les feuilles de melton 7 fuit à l'endroit de la portée ou du joint S entre le moule supérieur 9 et le moule inférieur 10, et une bavure 11 se forme sur la ligne de jonction 4, comme représenté sur la figure 9. La ligne de jonction 4 est composée de quatre arcs 12 de 0 0 S (37 et z , comme représenté sur la figure 10. Le mécanisme support de balle 2 supporte la balle 1 de sorte que le centre Oî de la balle 1 coincide avec une origine O où trois axes x, y et z se coupent mutuellement perpendiculairement, comme représenté sur la figure 2. Le mécanisme support de balle 2 comprend deux éléments de maintien de balle 13 disposés sur l'axe x et deux éléments de maintien de balle 14 disposés sur l'axe y. Les éléments de maintien de balle 13,14 sont res pectivement pourvus d'un arbre rotatif 17,18 comportant une partie de contact 15,16 à son extrémité, et d'un moyen d'entraînement 19,20 pour la rotation dudit arbre rotatif 17,18. Les éléments de maintien de balle 13,14 sont respectivement reliés à un vérin hydraulique, un arbre fileté ou un mécanisme de transmission, non représenté sur les dessins annexés, et ils sont rétractables le long des axes respectifs. Les deux éléments de maintien de balle 13 et les deux éléments de maintien de balle 14 supportent la balle 1 par les parties de contact 15,16 fixées à leurs extrémités , et ils font tourner la balle 1 sur l'axe x ou l'axe y respectivement, dans des situations d'avance. Plus précisément, la balle 1 tourne sur l'axe x lorsque les éléments de maintien de balle 13 tiennent la balle 1 et que les parties de contact 15 tournent, et la balle 1 tourne sur l'axe y lorsque les éléments de maintien de balle 14 tiennent la balle 1 et que les parties de contact 16 tournent. Le mouvement des éléments de maintien de balle 13,14 le long des axes peut être tel que la totalité de chaque élément de maintien de balle 13,14 se déplace, ou que seuls les arbres rotatifs 17,18 se rapprochent ou s'éloignent des moyens d'entrainement 19,20. Lorsque le mécanisme support de balle 2 supporte la balle 1, un élément porteur, non représenté (cet élément porteur est placé de manière à ne pas gêner les éléments de maintien de balle 13,14), est placé de sorte que le centre Ci de la balle 1 coincide avec l'origine O où se coupent les trois axes x,y et z. Les moyens de photographie 3 comprennent un appareil photographique (par exemple de type CCD) placé sur l'axe z, qui photographie la balle 1 dans la direction de l'axe z et qui projette une image 22 de la balle 1 sur un écran 21, comme représenté sur la figure 3. Dans le cas illustré, la balle 1 est photographiée sous forme d'images d'une dimension définie et à une position définie, par fixation de la position à laquelle la balle 1 est supportée et de la position de l'appareil photographique. L'unité arithmétique calcule la position du centre 25 d'un des arcs 12 de la ligne de jonction 4, comme décrit plus haut, et la position d'un point 24 où la surface 23 de la balle 1 coupe une ligne droite N qui rencontre perpendiculairement un plan M contenant ledit arc 12, et qui passe également par le centre 25 dudit arc 12. Comme représenté sur la figure 3, l'axe x et l'axe y apparaissent sur l'écran 21, et l'axe z est perpendiculaire à 1' écran 21 (c'est-à-dire dans la direction reliant la caméra et le centre O de la balle 1). Par conséquent, connaissant le rayon R de la balle 1, on calcule la coordonnée z d'un point A (xA , yA) de la ligne de jonction 4 dans l'espace x, y, z par l'équation suivante (ce côté de l'écran est le sens positif de l'axe z > . On calcule également les composantes respectives x, y et z des points B et C, de la même manière. On obtient un vecteur AB et un vecteur BC, coe-e suit : AB = ( xB - xA , yA - yA , zB - zA ) BC = ( xc - xa , yc - ya , zc - za ) Le plan M, qui contient les points A,B et C, contient également le vecteur AB et le vecteur BC. Par conséquent, les vecteurs perpendiculaires au vecteur AB et au vecteur BC sont des vecteurs normaux au plan K. L'axe N est une ligne droite qui passe par l'ori gine O (le centre 1 de la balle 1). Par conséquent, les vecteurs qui sont perpendiculaires au vecteur AB et au vecteur BC doivent être des vecteurs directionnels, et on calcule un vecteur directionnel dont la longueur est la mê- me que le rayon R de la balle 1. Plus précisément, les com- posantes calculées x,y et z représentent les coordonnées du point 24 située sur la balle 1, et on obtient la position du point 24.Si on définit le point 24 comme un point P (un point caractéristique), un vecteur P est exprimé par : P = (xP, . yP . zP ) Dans ce cas, p l AB P l BC XP 2 + yp 2 + Zp 2 = R2 L'unité arithmétique 5 calcule les composantes suivant lesquelles le point P (le point considéré) doit tourner sur l'axe y et l'axe x à partir de xp, ypo On fait tourner la balle 1, comme indiqué par des flèches sur la figure 4, sur la base de ces composantes, et le point P apparaît alors sur l'axe y. Les moyens de commande 6 introduisent les valeurs des composantes, calculées par l'unité arithmétique 5, dans le mécanisme support de balle 2 et ils commandent ledit mécanisme support de balle 2 sur la base de ces valeurs, de sorte que le point P apparait sur l'axe y. On peut noter que les valeurs calculées des composantes sont les valeurs des composantes des rotations respectives sur les axes x, y et z. Si le point P (c'est-à-dire le point 24) se trouve sur l'axe y et si on introduit la balle 1 dans le moule 8 dans cette situation, la ligne de jonction 4 croise la portée S du moule en deux points. Lorsqu'un des points A,B et C se trouve sur un autre arc 12, la position obtenue du point P est fausse. Dans ce cas, on peut exclure le point caractéristique erroné P, à l'examen des distances entre le point P et les points A,B et C (si la position obtenue est correcte, les points A, B et C sont équidistants du point P). On obtient un point P correct par échantillonnage d'autres points A, B et C sur la ligne de jonction 4. On explique maintenant le procédé de positionnement d'une balle, avec référence à l'organigramme de la figure 6. Premièrement, une balle 1 est tenue par le mécanisme support de balle 2. Dans ce cas, le mécanisme support de balle 2 supporte la balle 1 de sorte que le centre Oi de la balle 1 coincide avec une origine O où trois axes x,y et z se rencontrent mutuellement perpendiculairement, et de sorte que la balle 1 peut tourner. Ensuite, on photographie la balle 1 à l'aide des moyens de photographie 3, dans la direction d'un des trois axes x,y et z (par exemple la direction de l'axe z), et on projette une image 22 de la balle 1 sur l'écran 21 (par exemple par traitement d'image), comme représenté sur la figure 3). On échantillonne au hasard des points A,B et C sur un des arcs 12 de la ligne de jonction 4 et on obtient un vecteur P par calcul d'un vecteur AB et d'un vecteur BC. A ce moment, on juge si les distances du point P aux points A,B et C sont correctes ou non et, si les distances ne sont pas correctes, on échantillonne d'autres points A,B et C et on calcule un vecteur P sur la base de ces points A, B et C. Après calcul du vecteur P, on active le mécanisme support de balle 2 afin de faire tourner la balle 1 sur l'axe y et l'axe x comme indiqué par des flèches sur la figure 4, de sorte que le point P apparaît sur l'axe y et que la balle 1 fait face à une direction définie (c'est-àdire la direction dans laquelle le point P est sur l'axe y et la ligne de jonction 4 croise la portée S en deux points). Les figures llA, llB et llC illustrent une opération de marquage d'une balle 1. Dans ce cas, la balle 1 est positionnée par exécution de la procédure de l'organigramme de la figure 6, à deux reprises. Plus précisément, lorsque le point caractéristique P représenté sur la figure liA et obtenu dans la première procédure est amené sur l'axe y, on fait tourner la balle 1 sur l'axe y et l'axe x comme indiqué par des flèches sur la figure llA, de sorte que les points A, B et C utilisés lors de l'obtention de ce point caractéristique P se trouvent à l'arrière de la balle 1 vue à partir de 1' appareil photographique. Par suite, un des arcs 12, à l'exclusion de l'arc 12 du point caractéristique P obtenu dans la première procédure, vient à l'avant de la balle 1 comme représenté sur la figure llB. On échantillonne au hasard des points A',B' et C' sur l'arc 12 à l'avant de la balle et on obtient un point caractéristique Q. On fait tourner la balle 1 de sorte que ce point caractéristique Q se trouve sur l'axe x et les points A',B' et C' se trouvent à l'arrière de la balle 1.Par conséquent, la balle 1 est po sitionnée de sorte qu'une partie parallèle de la ligne de jonction 4 se trouve à l'avant de la balle 1 comme repré senté sur la figure llC. La balle 1 est marquée dans cette situation, Bien que les éléments de maintien de balle 13, 14 soient disposés sur l'axe x et l'axe y respectivement dans les modes de réalisation illustrés, ils peuvent être disposés sur les axes x et z ou sur les axes y et z, pourvu que l'appareil des moyens de photographie 3 soit disposé sur un axe sur lequel ne se trouvent pas les éléments de maintien de balle 13,14. Conformément à la présente invention, on positionne facilement et exactement une balle 1, quelle que soit la première position de la balle 1 lorsque la balle 1 est supportée par le mécanisme support de balle 2. On positionne également avec précision une balle non vulcanisée 1 ayant une étroite ligne de jonction 4, puisque la ligne de jonction 4 est détectée sous forme d'image au lieu de détecter la ligne de jonction 4 elle-mêare au moyen d'un détecteur. En outre, la quantité de rotation de la balle 1 jusqu'à ce que la balle 1 soit positionnée est faible et la durée de l'opération est faible. L'appareil dans son ensemble reste simple et de faible coût, et l'appareil exécute facilement la procédure (par exemple le calcul). Bien que des modes préférés de mise en oeuvre de la présente invention aient été décrits ci-dessus, il est entendu que ces modes de mise en oeuvre sont illustratifs et non limitatifs de l'invention, et que divers changements sont possibles dans le cadre des revendications an nexées. REVENDICATIONS 1.- Appareil de positionnement de balle, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme support de balle (2) qui supporte une balle (1) de sorte que le centre ( 1) de la balle coin- cide avec une origine (O) où des axes (x,y et z) se coupent mutuellement perpendiculairement, et de sorte qu'on peut faire tourner la balle des moyens de photographie (3) photographiant la dite balle dans la direction de l'axe z, qui est un des trois axes x,y et z une unité arithmétique (5) de calcul de la position d'un point (24) où la surface (23) de la balle coupe un axe (N) qui coupe perpendiculairement un plan (M) contenant un arc (12) d'une ligne de jonction en forme d'haltère (4) de ladite balle et qui passe par le centre (25) dudit arc, sur la base de l'image fournie par lesdits moyens de photographie ; et des moyens de commande (6) qui entraînent ledit mécanisme support de balle afin de positionner ladite balle, sur la base de la position calculée du point. 2.- Appareil de positionnementdeballe suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme support de balle (2) comprend deux éléments de maintien de balle (13), qui tiennent la balle (1) de sorte que la balle peut tourner sur l'axe x, et deux autres éléments de maintien de balle (14) qui tiennent la balle de sorte que la balle peut tourner sur l'axe y. 3.- Appareil de positionnement de balle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la balle est positionnée de sorte que le point calculé se trouve sur l'axe y. 4.- Appareil de positionnement de balle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la balle est une balle de tennis (1) ayant une ligne de jonction en forme d' haltère (4) sur sa surface. 5. - Procédé de positionnement de balle, caractérisé en ce que on maintient une balle, au moyen d'un mécanisme support de balle, de sorte que le centre de la balle coïncide avec une origine où des axes x,y et z se coupent mutuellement perpendiculairement, et de sorte qu'on peut faire tourner la balle on photographie ladite balle dans la direction de l'axe z, qui est un des trois axes x,y et z ; on calcule la position d'un point où la surface de la balle coupe un axe N qui coupe perpendiculairement un plan contenant un arc d'une ligne de jonction en forme d'haltère de ladite balle et qui passe par le centre du dit arc, sur la base de l'image obtenue ; et on fait tourner et on positionne ladite balle, supportée par ledit mécanisme support, sur la base de la position calculée du point. 6.- Procédé de positionnement de balle suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on positionne la balle de sorte que le point calculé se trouve sur l'axe y. 7.- Procédé de positionnement de balle suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la balle est une balle de tennis dont la surface comporte une ligne de jonction en forme d'haltère.