Brevet FR2723444A1 — publié le 19960209

DISPOSITIF OPTIQUE DE DETECTION DE DEFAUTS SUR UN PRODUIT PLAT La présente invention a pour objet un dispositif de détection de défauts sur un produit plat, ayant une longueur très supérieure à sa largeur, permettant de déceler des défauts d'aspect se traduisant par des zones localisées de réflectivité différente et/ou par des perforations. Elle trouve une application particulièrement importante dans le contrôle des tôles minces, qui peuvent notamment présenter des défauts de surface ou des trous de très faible dimension. Toutefois, elle est également utilisable pour le contrôle d'autres produits plats, tels que les feuilles de grande longueur en matière plastique ou cellulosique, les métaux non ferreux (aluminium, cuivre, etc...) en feuilles. On connaît déjà des dispositifs de détection de défauts sur un produit plat, tel qu'une tôle, mis en circulation dans le sens de sa longueur, du type comprenant des moyens d'éclairage d'une bande étroite du produit, transversale à sa longueur, sous incidence oblique en un emplacement déterminé du trajet de circulation des moyens de formation d'une image de ladite bande, placés pour recevoir la lumière renvoyée par la bande, et des moyens d'analyse de cette image. Les dispositifs existants de ce type, destinés à la détection de défauts sur des tôles, utilisent des moyens d'éclairage ayant une source constituée par une batterie de lampes à halogène en forme de barreau. Ces lampes fournissent des flux lumineux élevés. En contrepartie, elles présentent de graves inconvénients. Leur rendement de conversion lumineux est faible : pour 5 kW de puissance électrique appliquée, les lampes à halogène ne fournissent guère plus de 1 kW de rayonnement optique dans la bande utile des détecteurs habituels des moyens d'analyse. I1 est difficile de focaliser l'énergie lumineuse émise dans une bande étroite. La durée de vie des lampes à halogène ne dépasse guère 2000 heures et leur destruction est subite. La puissance émise n'est réglable que dans des limites étroites et il n'est pas possible de la moduler à haute fréquence. La mise en oeuvre est complexe, notamment du fait qu'il est nécessaire d'évacuer la chaleur importante émise par des lampes. La présente invention vise à fournir un dispositif du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique. L'invention vise en particulier à fournir un dispositif ayant des moyens d'éclairage ne présentant pas les défauts ci-dessus. Dans ce but, l'invention propose un dispositif dont les moyens d'éclairage sont constitués par au moins une rangée de diodes électroluminescentes -ou DEL- alignées, fournissant un faisceau lumineux ayant une ouverture angulaire faible dans le sens de circulation. Des DEL ayant de façon inhérente une ouverture faible sont couramment disponibles. Un filtre optique transparent à la longueur d'onde d'émission des diodes électroluminescentes est avantageusement interposé sur le trajet de la lumière réfléchie vers un détecteur appartenant aux moyens d'analyse d'image. Ainsi l'effet perturbateur de la lumière ambiante est réduit. Ce détecteur peut notamment être constitué par une caméra CCD ayant une plage de sensibilité choisie pour correspondre à la longueur d'onde d'émission des diodes électroluminescentes. I1 existe déjà dans le commerce des diodes électroluminescentes directement utilisables dans un dispositif du genre ci-dessus, ayant un rendement de conversion en lumière élevé. Un avantage supplémentaire de telles diodes électroluminescentes est qu'il est possible de moduler l'énergie lumineuse émise, notamment à l'aide d'une modulation en largeur d'impulsion, et de synchroniser la modulation avec l'acquisition de l'image par la caméra CCD. Ainsi il est possible d'adapter la puissance émise à la réflectivité de la surface du produit plat et à la vitesse de circulation. Du fait que les diodes électroluminescentes peuvent être modulées à fréquence élevée, on peut utiliser des caméras CCD, dites TDI, à intégration du flux lumineux sur plusieurs colonnes successives de capteurs, à sensibilité élevée. La bande spectrale d'émission étant faible, le filtrage peut être rendu très efficace. On peut notamment utiliser un filtre interférentiel, du fait que la lumière réfléchie par la tôle arrive sous une incidence bien déterminée. Les DEL ont une durée de vie élevée et leur usure se traduit par une perte progressive de puissance. Du fait que le risque de claquage est peu à craindre, les DEL peuvent être mises en série, ce qui n'était pas le cas des lampes à halogène. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique, en élévation, d'une installation de détection de défauts sur une tôle en bande - la figure 2 est une vue partielle de droite de la figure 1, les moyens d'éclairage du dernier dispositif dans le sens de circulation n'étant pas représentés - la figure 3, où l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, est une vue de détail montrant une constitution possible de l'électronique de l'un des dispositifs de l'installation de la figure 1. L'installation représentée en figures 1 et 2 a une constitution générale connue. Elle est destinée à contrôler une tôle mince 10 de grande longueur, en repérant les défauts qui se traduisent soit par une réflectivité locale différente de celle de l'environnement, soit par une transmission de lumière à travers la tôle. La tôle 10, tirée par un tambour récepteur non-représenté, passe sur des rouleaux successifs 20, 18, 16, 14 et 12 destinés à lui imposer des changements d'orientation facilitant la mise en place des dispositifs de détection proprement dit. L'installation représentée comporte deux dispositifs de même constitution, affecté chacun à la détection des défauts d'aspect d'un côté de la tôle. Chacun des dispositifs peut être regardé comme ayant des moyens 22 d'éclairage d'une bande étroite, transversale au sens de circulation f, de la tôle et un bloc récepteur 32 regroupant des moyens de formation d'image d'une fraction de la bande étroite et des moyens d'analyse de limage. Les moyens d'éclairage 22 comprennent, suivant linven- tion, au moins une rangée de DEL alignées, disposée de façon que l'angle de divergence minimum de leur faisceau de sortie soit orienté dans le sens du mouvement. Les diodes alignées d'une même rangée fournissent ainsi un faisceau global relativement plat 24. Toutefois, pour augmenter l'éclairement et obtenir une homogénéité d'éclairement élevée, une seconde rangée de DEL peut être disposée parallèlement à la première, les diodes des deux rangées étant disposées en quinconce et orientées vers la même bande étroite. La figure 1 montre un faisceau supplémentaire 26 que fournissent les diodes de la seconde rangée. On peut notamment utiliser des diodes infra-rouge ayant une longueur d'onde d'environ 735 nm, une puissance optique nominale de 15 mW en fonctionnement continu et un lobe d'émission de 30 de largeur à mi-hauteur du lobe. La longueur d'onde de 735 nm se trouve dans la plage de sensibilité des détecteurs infra-rouge à CCD habituels, dont la longueur d'onde de coupure haute est d'environ 1,1 um. Ainsi, avec deux rangées de 500 diodes réparties au pas de 5 mm, on peut sans difficulté éclairer une bande de 1 cm de largeur sur une tôle de 2,5 m de large, avec un flux sur la tôle de 250 W/m' à une distance de 0,50 m. Pour augmenter encore l'homogénéité de l'éclairement, une lame de diffusion 28 ayant une face terminale dépolie peut être interposée sur le trajet du faisceau lumineux sortant des DEL 30. Le flux fourni par les DEL étant une fonction directe du courant qui les traverse, on constituera généralement plusieurs groupes de DEL montées en série et parcourues par un même courant. Chaque diode demandant une tension d'environ 1,7 V, on groupera par exemple une cinquantaine de DEL en cascade. Les moyens de formation d'image seront généralement prévus pour n'observer la tôle que sur une largeur plus faible que celle de la bande étroite, et par exemple pour ne former à la fois que l'image d'une tranche de lmm. Les moyens de formation d'image peuvent être constitués par une caméra CCD 32 unique ou par deux caméras synchronisées et décalées. La caméra comporte par exemple une optique d'entrée 34, un filtre optique 36 destiné à rejeter la lumière autre que la longueur d'onde d'émission des DEL et un détecteur 38. Du fait que la lumière émise par les DEL est monochromatique, il n'y a pas à se soucier des aberrations chromatiques. Le détecteur peut être constitué par une barrette à plusieurs colonnes successives de capteurs à intégration de lumière, commandées de façon que les charges accumulées soient transférées d'une colonne à la suivante à la cadence de défilement de l'image sur le détecteur, c'està-dire en mettant en oeuvre la technique appelée intégration à retard temporel. Les moyens d'analyse de l'image peuvent comporter un interface 40 relié, par l'intermédiaire d'un bus 42, à un processeur 44. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le processeur est prévu pour commander le circuit 46 d'alimentation des DEL 30 pour pulser l'émission de lumière et pour commander les transferts de charge sur la barrettes 38 en synchronisme avec d'une part les impulsions de lumière, émises à une cadence choisie en fonction de la vitesse d'avance de la tôle 10, mesurée par exemple par un capteur 47 monté sur le rouleau 12. De plus, le processeur 44 peut moduler la puissance lumineuse des lampes pour l'adapter à la réflectivité de la surface, en commandant le courant qui traverse les lampes et/ou en modulant la largeur d'impulsion. Les images successives fournies par le détecteur 38 sont mises sous forme numérique dans l'interface 40 et transmises au processeur 44. Dans ce dernier, les défauts peuvent être décelés en effectuant une détection de contour sur les zones de réflectivité différentes de la réflectivité environnante : tout contour suffisamment étendu avec un contraste suffisamment important sera considéré comme suspect. Il pourra y avoir alors affichage d'une image fixe sur un moniteur (non-représenté) pour permettre à un opérateur de déterminer la nature du défaut détecté. Il peut également y avoir détection des défauts par utilisation d'un algorithme approprié, tel que l'algorithme de Prewitt, qui est un algorithme de gradient permettant de déterminer des contours sur une image. Le processeur peut être complété de façon à effectuer un classement des défauts, permettant de déterminer, d'après le contour et l'étendue du défaut, s'il s'agit d'une fissure, d'une boursouflure, d'une inclusion, etc. Dans le mode de réalisation de la figure 1, deux dispositifs de détection de défaut d'aspect sont prévus, chacun observant la tôle alors quelle est portée par un tambour différent. L'installation comporte également un dispositif de détection de trous, ayant une constitution comparable à celle déjà décrite, si ce n'est que les moyens d'éclairage 22a et les moyens de formation d'image 32a sont disposés face à face, de part et d'autre de la tôle en circulation entre deux tambours 18 et 20. Tous les trous de la tôle se traduisent par un illumination locale du détecteur de la caméra 32a. Le dispositif de détection de trous peut également être utilisé pour localiser les bords de la tôle, et fournir au processeur 44 une information lui permettant de n'alimenter que celles des diodes qui éclairent effectivement la tôle. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de défauts sur un produit plat (10) en circulation dans le sens de sa longueur, tel qu'une tôle, comprenant des moyens (22) d'éclairage d'une bande étroite transversale du produit sous incidence oblique en un emplacement déterminé de son trajet de circulation, des moyens (32) de formation d'une image de ladite bande, placée pour recevoir la lumière renvoyée par ladite bande, et des moyens d'analyse de cette image, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage (22) sont constitués par au moins une rangée de diodes électroluminescentes (30) alignées, fournissant un faisceau lumineux ayant une ouverture angulaire faible dans le sens de circulation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un filtre optique (36) transparent à la longueur d'onde d'émission des diodes électroluminescentes est interposé sur le trajet de la lumière réfléchie dans les moyens de formation d'image. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de formation d'image (32) sont constitués par au moins une caméra CCD. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (44,46) de commande de la puissance optique des diodes électroluminescentes, permettant de maintenir à une valeur constante le flux reçu par ladite bande ou de tenir compte de la réflectivité du produit. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (30) sont alimentées en impulsions et en ce que les moyens de formation d'image sont synchronisées avec les impulsions. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage comprennent deux rangées de diodes électroluminescentes disposées en quinconce et orientées de façon à éclairer la même bande. 7. Installation de contrôle comprenant des moyens de mise en circulation du produit plat, au moins un dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, un dispositif (22a,32a) de localisation des bords du produit et des moyens pour, en réponse à une information provenant du dispositif de localisation des bords, couper l'alimentation des diodes électroluminescentes dont le faisceau est dirigé au-delà des bords. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif de localisation comprend également des moyens d'éclairage (22a) constitués par au moins une rangée de diodes électroluminescentes alignées et des moyens de formation d'image constitués par au moins une caméra CCD. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la rangée de diodes électroluminescentes et la caméra du dispositif de localisation sont placées de part et d'autre du produit plat de façon à déceler les trous dans le produit. 10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (46) de mesure de la vitesse de circulation du produit plat et des moyens pour pulser l'émission des diodes électroluminescentes et commander les transferts de charge dans la caméra CCD à une cadence fonction de ladite vitesse.