Brevet FR2780533A1 — publié le 19991231

La présente invention concerne le domaine technique de l'inspection opto- électronique d'objets, d'articles creux ou de récipients, tels que par exemple, des bouteilles ou des flacons, à caractère transparent ou translucide, en vue d'assurer la lecture de reliefs au sens général, réalisés sur la paroi extérieure de tels récipients. L'objet de l'invention vise, plus particulièrement, la lecture du numéro de moule inscrit sur le jable d'une bouteille en verre, sous la forme d'un code formé à partir de perles ou de reliefs. Dans le domaine d'application préféré de l'invention, il est connu de lire le numéro du moule porté par les bouteilles, afin d'assurer, par exemple, l'association des défauts détectés par des capteurs au numéro du moule défectueux, le rejet automatique des bouteilles fabriquées par un moule défectueux et le prélèvement automatique des bouteilles issus d'un ou de plusieurs moules, pour échantillonnage notamment. L'objet de l'invention trouve aussi une autre application avantageuse dans le domaine du tri des bouteilles vides ou pleines par numéro de moule. Dans l'état de la technique, il est connu d'utiliser un dispositif de lecture placé sur la ligne de convoyage des bouteilles. Compte tenu de la position aléatoire des bouteilles sur la ligne de convoyage, il est nécessaire de faire tourner chaque bouteille selon son axe vertical devant le dispositif de lecture de façon à scruter toute la périphérie du jable de la bouteille, afin de lire les reliefs correspondant à un numéro de moule. L'inconvénient majeur de cette technique est lié à la mise en rotation de chaque bouteille. Il s'ensuit, en effet, un risque de détérioration de la paroi extérieure de la bouteille en raison du frottement sur cette dernière, du mécanisme d'entraînement en rotation. Par ailleurs, la mise en rotation des bouteilles conduit à une cadence de contrôle réduite par rapport aux autres opérations de contrôle s'effectuant "à la volée", c'est-à-dire sans intervenir sur le processus d'entraînement en translation des bouteilles. Pour tenter de remédier aux inconvénients de cette technique, la demande de brevet FR 2 747 211 a proposé un dispositif de lecture opto-électronique comportant une source lumineuse illuminant la totalité de la périphérie d'une partie du corps du récipient. La source lumineuse est constituée de deux éléments disposés de part et d'autre du convoyeur, au niveau du jable de la bouteille. Le dispositif comporte également deux miroirs tronconiques disposés de part et d'autre du convoyeur au niveau du corps de la bouteille et adaptés pour recevoir les rayons réfléchis par la bouteille et les transmettre à une caméra placée au-dessus de la bouteille. La caméra est associée à un système électronique de traitement permettant de restituer une image complète de la zone de la bouteille comportant le numéro de moule. Si un tel dispositif de lecture des reliefs est conçu pour éviter une rotation des bouteilles, il doit être considéré que la mise en oeuvre d'un tel dispositif conduit à l'apparition de réflexions parasites réduisant le contraste de l'image, de sorte que les reliefs se trouvent noyés dans un bruit de fond rendant la lecture délicate. Par ailleurs, la mise en oeuvre de deux miroirs de part et d'autre du convoyeur, ne permet pas de récupérer complètement les faisceaux réfléchis sur toute la périphérie de la bouteille. Pour remédier à cet inconvénient, la demande de brevet ci-dessus propose d'utiliser quatre miroirs, ce qui impose une manutention particulière des récipients conduisant à une réduction de la cadence de contrôle. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés cidessus en proposant un procédé adapté pour assurer une lecture optique de reliefs portés par la paroi externe d'un récipient transparent ou translucide, en effectuant aucune opération de manipulation sur les récipients, tout en présentant une efficacité optimisée de lecture. Pour atteindre cet objectif, l'objet de l'invention concerne un procédé de lecture optique de reliefs portés par la paroi externe d'un récipient transparent ou translucide, du type consistant: - à éclairer par un faisceau lumineux incident, la paroi extérieure du récipient selon sa périphérie, - à récupérer par un élément optique, les faisceaux lumineux réfléchis par le récipient en vue de les transmettre à un système de réception, - et à assurer le traitement des faisceaux lumineux reçus par le système de réception, afin d'assurer l'identification des reliefs. Selon l'invention, le procédé consiste: - à éclairer le récipient à l'aide d'un cône lumineux incident fourni par un système d'éclairage placé en dessous du récipient, - à régler la largeur du cône lumineux incident pour limiter l'éclairement à au moins la partie de la paroi externe pourvue des reliefs, afin d'éviter des réflexions parasites, - à récupérer les faisceaux lumineux réfléchis par l'élément optique disposé en dessous du récipient et apte à former une image plane de la paroi de la bouteille, et à régler l'angle de champ de l'élément optique en fonction des caractéristiques du récipient. L'objet de l'invention vise également à proposer un dispositif de lecture optique de reliefs portés par la paroi externe d'un récipient transparent ou translucide, du type comportant: - un système d'éclairage apte à fournir un faisceau lumineux incident éclairant la paroi extérieure du récipient selon sa périphérie, - un système de réception des faisceaux lumineux réfléchis par le récipient et récupérés par un élément optique interposé entre le récipient et le système de réception, - et une unité d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus par le système de réception, afin d'assurer l'identification des reliefs. Selon l'invention, le dispositif comporte: - un système d'éclairage placé en dessous du récipient et fournissant un cône lumineux incident, - et un élément optique disposé en dessous du récipient et apte à former une image plane de la paroi éclairée de la bouteille. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous 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 en coupe-élévation d'un exemple de réalisation d'un dispositif de lecture optique conforme à l'invention. La fig. 2 est un schéma illustrant un exemple de réalisation d'un système d'éclairage mis en oeuvre dans le dispositif conforme à l'invention. La fig. 3 est un schéma illustrant un exemple de réalisation d'un système de réception mis en oeuvre dans le dispositif de lecture conforme à l'invention. La fig. 4 est un exemple d'une image obtenue à partir du dispositif de lecture conforme à l'invention. La fig. 1 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif 1 adapté pour lire des perles ou des reliefs 2 portés par la paroi extérieure 3 d'un objet creux ou d'un récipient 4 au sens général, transparent ou translucide. Dans une application préférée de réalisation, le récipient 4 est une bouteille dont le jable 5 comporte des reliefs ou des perles 2 formant un code correspondant à un numéro de moule utilisé pour la fabrication de ladite bouteille. De façon classique, chaque bouteille 4 est déplacée en translation par un système de manutention non représenté mais connu en soi, dans le sens de la flèche f, de sorte que les bouteilles 2 définissent par leur fond 6, un plan inférieur de défilement P. Au cours de leur translation, chaque bouteille 4 est amenée dans une position o son axe de symétrie vertical x coïncide avec l'axe de symétrie X du dispositif de lecture 1. Le dispositif de lecture 1 selon l'invention comporte un système d'éclairage 10 apte à fournir un faisceau lumineux incident éclairant la paroi extérieure 3 de la bouteille selon sa périphérie. Conformément à l'invention, le système d'éclairage 10 est placé en dessous de la bouteille 4, c'est-à-dire en dessous du plan inférieur de défilement P, afin de permettre le libre passage des bouteilles. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le système d'éclairage 10 est adapté pour fournir un cône lumineux incident 11 permettant d'éclairer toute la périphérie du jable 5 d'une bouteille. Le système d'éclairage 10 comporte une source de lumière 12, telle qu'une fibre optique annulaire, montée à l'intérieur d'un manchon 13 pour délivrer un anneau de lumière à partir de la face supérieure 13, du manchon. Le système d'éclairage 10 comporte également un miroir tronconique d'éclairage 14 placé au- dessus du manchon 13 pour recueillir les faisceaux lumineux émis par la source de lumière 12. Le miroir d'éclairage 14 se présente sous la forme d'un élément tronconique creux de révolution selon un axe de symétrie X. Le miroir d'éclairage 14 est incliné en étant orienté en direction de la face supérieure 13, du manchon, de manière que le faisceau lumineux émis par le miroir présente un angle incident d'éclairage I pris par rapport à un plan P' parallèle au plan de défilement P, compris entre 5 et 25 . Tel que cela ressort de la fig. 1, le miroir d'éclairage 14 délivre un cône lumineux incident 11 délimité, extérieurement, par son bord supérieur et, intérieurement, par le bord supérieur d'une bague de révolution 17. Les bords supérieurs du miroir d'éclairage 14 et de la bague de révolution 17 sont situés dans un même plan P' en délimitant entre-eux un écartement définissant une valeur maximale pour le cône incident 11. Selon une caractéristique préférée de l'invention, le système d'éclairage 10 comporte des moyens de réglage de la largeur du cône lumineux incident 11, afin de limiter l'éclairement à la partie du jable 5 comportant les reliefs 2. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 2, le cône d'éclairage 11 est délimité extérieurement par un angle supérieur Il et intérieurement, par un angle inférieur 12, ces angles étant pris par rapport au plan P'. Selon une caractéristique, les moyens de réglage permettent de réduire l'angle supérieur Il du cône d'éclairage 11, afin d'éviter les réflexions de lumière sur le haut de la paroi opposée de la bouteille. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de réglage permettent d'augmenter l'angle inférieur 12 afin d'éviter les réflexions parasites dues au fond de la bouteille. D'une façon avantageuse, les moyens de réglage de la largeur du cône d'éclairage 11 sont constitués par des masques 18, 19 se présentant sous la forme d'anneaux opaques destinés à être montés à l'intérieur de feuillures aménagées respectivement, au niveau des bords supérieurs du miroir 14 et de la bague 17. Ainsi, l'anneau de masquage 18 permet de masquer les rayons lumineux présentant un angle incident supérieur à l'angle Il, tandis que l'anneau de masquage 19 occulte les rayons lumineux présentant un angle incident inférieur à l'angle I2. Chaque anneau de masquage 18, 19 présente un diamètre donné et une largeur déterminée, afin de régler d'une valeur donnée, l'angle supérieur et/ou inférieur du cône d'éclairage 11. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le dispositif d'éclairage 10 est équipé d'une vitre de protection 20 placée au-dessus du miroir d'éclairage 14 pour éviter tout dommage ou salissure. La vitre de protection 20 est placée en contact avec le miroir 14 et la bague 17 pour éviter des reflets parasites. Ainsi, la vitre de protection 20 vient en appui sur les bagues de masquage 18, 19. Conformément à l'invention, le système d'éclairage 10 fournit un cône d'éclairage 11 qui illumine le jable 5 selon toute sa périphérie sur une zone limitée comportant les reliefs 2 à lire. Un tel éclairage provoque au niveau des reliefs 2, une réflexion de la lumière destinée à être recueillie. Le dispositif de lecture 1 selon l'invention comporte ainsi un système 23 de réception des faisceaux lumineux réfléchis par la bouteille et récupérés par un élément optique 24 interposé entre la bouteille 4 et le système de réception 23. Par exemple, le système de réception 23 est une caméra matricielle CCD équipée d'un objectif standard de focale 8 ou 10 mm. Conformément à l'invention, l'élément optique 24 est disposé en dessous de la bouteille 4, c'est-à-dire en dessous du plan de défilement inférieur P des bouteilles. L'élément optique 24 est conçu pour former une image plane de la paroi périphérique éclairée de la bouteille. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 3, l'élément optique 24 est constitué, dans l'exemple illustré, par l'intermédiaire d'un miroir optique tronconique réalisé, de préférence, sur la bague de révolution 17, du côté de sa face interne. Le miroir optique 24 présente ainsi une forme tronconique de révolution d'axe de symétrie X. Dans l'exemple de réalisation préférée illustré à la fig. 3, le miroir optique de révolution 24 est monté concentriquement à l'intérieur du miroir d'éclairage 14, de sorte qu'ils se trouvent imbriqués l'un dans l'autre. Le miroir optique 24 est emmanché sur une série de viroles superposées 26 réglables en hauteur et supportées par un socle 27. Le miroir optique 24 est destiné à supporter extérieurement le manchon 13 pourvu de la source de lumière 12. Le miroir optique 24 présente une inclinaison de même sens que celle du miroir d'éclairage 14, de sorte que la grande base du miroir optique 24 se trouve située au-dessous de sa petite base. Le miroir optique 24 possède ainsi un angle d'inclinaison /l considéré par rapport à la verticale V parallèle à l'axe de symétrie X. Le miroir optique 24 présente une hauteur h et un diamètre interne d pris au niveau de sa petite base. Il doit être considéré que le miroir optique 24, appelé aussi cône d'observation, est adapté pour donner un champ de vision (correspondant à l'angle de champ y), permettant de voir les reliefs 2. De plus, le miroir optique 24 est adapté pour présenter un angle d'observation a permettant de collecter les rayons réfléchis par les reliefs 2. L'angle d'observation a est défini entre la verticale V et la direction d'incidence du miroir optique 24. Il doit ainsi être considéré que le champ de vision de la caméra dépend de la taille du CCD et de la focale de l'objectif fixant ainsi le grandissement de l'image mais également du diamètre d et de la hauteur h du cône d'observation 24, ces deux derniers paramètres définissant la proportion de l'image prise du jable. L'angle d'observation a du cône optique 24 doit être adapté en fonction de la pente du jable 5 et du degré de positionnement en saillie des reliefs 2. Ainsi, plus l'angle et est grand, plus les reliefs 2 sont bien révélés, même lorsque les reliefs sont peu saillants. Toutefois, dans cette hypothèse, le système de détection est plus sensible aux variations d'épaisseur du fond des bouteilles. Ainsi, l'angle ot peut varier entre 20 et 45 . A cet effet, comme l'angle d'observation a dépend de l'angle f du cône d'observation, il est prévu une gamme de miroirs optiques 24 présentant des valeurs différentes pour l'angle f/. Par exemple, il peut être prévu de disposer d'une série de quatre miroirs optiques 24 présentant chacun un angle f3 égal à 19, 25, 30 et 35 . Bien entendu, chaque miroir optique 24 possède un diamètre d et une hauteur h adaptés au diamètre de la bouteille 4. Les faisceaux lumineux recueillis par le miroir optique 24 sont transmis directement ou, comme illustré à la fig. 1, par l'intermédiaire d'un miroir de renvoi 30 à la caméra 23, placé latéralement par rapport à l'axe de symétrie vertical X. Bien entendu, il peut être envisagé de placer la caméra 23 dans l'alignement de l'axe X. D'une manière générale, il doit être constaté que la caméra peut être placée avantageusement en dessous du plan de défilement P. La caméra 23 est reliée à une unité, non représentée, d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus. La fig. 4 illustre, à titre d'exemple, une image T reçue par la caméra 23. L'image reçue T fait apparaître une couronne correspondant au jable et dans laquelle apparaissent des informations j correspondant aux reliefs 2. L'unité d'analyse et de traitement scrute ainsi l'intérieur de la couronne pour permettre l'identification des reliefs et, par suite, déterminer le numéro du moule. La mise en oeuvre du dispositif de lecture 1 selon l'invention découle directement de la description qui précède. Il est à noter que le dispositif de lecture 1 selon l'invention est installé sur le trajet de convoyage des bouteilles sans modification du système de translation, dans la mesure o le dispositif de lecture est intégré en dessous du plan inférieur P de défilement des bouteilles. De plus, en fonction de la forme et des dimensions des bouteilles à contrôler, la largeur du cône d'éclairement 11 est déterminée pour illuminer uniquement le jable portant les reliefs 2. A cet égard, le système d'éclairage 10 est équipé ou non, d'un anneau de masquage intérieur 19 et/ou extérieur 18. Ce choix est effectué à partir d'une gamme d'anneaux de masquage 18, 19 présentant des largeurs et des diamètres différents. De même, il est prévu de régler ou de déterminer l'angle de champ y de la caméra en fonction des caractéristiques de forme et de dimensions des récipients. Dans l'exemple illustré, l'angle de champ y est déterminé en choisissant un miroir d'observation 24 présentant une hauteur h, un diamètre d et un angle d'inclinaison / déterminés. Ce choix est effectué à partir d'une gamme de plusieurs miroirs d'observation 24 présentant chacun des caractéristiques différentes. Bien entendu, la prise d'une image est effectuée lorsque l'axe de symétrie x d'une bouteille se trouve en alignement avec l'axe de symétrie X du dispositif de lecture. L'image prise par la caméra 23 est ensuite traitée pour permettre la lecture des reliefs 2. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. Ainsi, il peut être prévu de remplacer le miroir optique tronconique par l'intermédiaire d'un prisme présentant les fonctions décrites ci-dessus. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de lecture optique de reliefs (2) portés par la paroi externe (3) d'un récipient (4) transparent ou translucide, du type consistant: - à éclairer par un faisceau lumineux incident, la paroi extérieure du récipient (4) selon sa périphérie, - à récupérer par un élément optique (24), les faisceaux lumineux réfléchis par le récipient en vue de les transmettre à un système de réception (23), - et à assurer le traitement des faisceaux lumineux reçus par le système de réception (23), afin d'assurer l'identification des reliefs, caractérisé en ce qu'il consiste: - à éclairer le récipient (4) à l'aide d'un cône lumineux incident (11) fourni par un système d'éclairage (10) placé en dessous du récipient, - à régler la largeur du cône lumineux incident (11) pour limiter l'éclairement à au moins la partie de la paroi externe pourvue des reliefs (2), afin d'éviter des réflexions parasites, - à récupérer les faisceaux lumineux réfléchis, par l'élément optique (24) disposé en dessous du récipient et apte à former une image plane de la paroi de la bouteille, et à régler l'angle de champ (y) de l'élément optique (24) en fonction des caractéristiques du récipient. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à régler la largeur du cône lumineux incident (11) en utilisant un ou plusieurs anneaux de masquage (18, 19) réduisant l'angle extérieur ou l'angle intérieur du cône lumineux incident. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à régler l'angle de champ (y) de l'élément optique en faisant varier l'angle (o) de l'élément optique (24). 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à régler l'angle de champ (y) de l'élément optique en choisissant parmi une gamme, un élément optique (24) constitué d'un cône de révolution présentant un angle déterminé (fi). - Dispositif de lecture optique de reliefs (2) portés par la paroi externe (3) d'un récipient transparent ou translucide (4), du type comportant: un système d'éclairage (10) apte à fournir un faisceau lumineux incident éclairant la paroi extérieure du récipient selon sa périphérie, - un système de réception (23) des faisceaux lumineux réfléchis par le récipient et récupérés par un élément optique (24) interposé entre le récipient (4) et le système de réception (23), - et une unité d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus par le système de réception, afin d'assurer l'identification des reliefs, caractérisé en ce qu'il comporte: - un système d'éclairage (10) placé en dessous du récipient et fournissant un cône lumineux incident (11), - et un élément optique (24) disposé en dessous du récipient et apte à former une image plane de la paroi éclairée de la bouteille. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage (18, 19) de la largeur du cône lumineux incident (11) pour limiter l'éclairement à au moins la partie de la paroi externe pourvue des reliefs (2), afin d'éviter des réflexions parasites. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de réglage de la largeur du cône lumineux incident sont constitués par une série d'anneaux de masquage (18, 19) adaptés pour réduire l'angle extérieur ou l'angle intérieur du cône lumineux incident (11). 8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en tant qu'élément optique (24), un cône optique de révolution présentant un angle d'observation (o) déterminé. 9 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de l'angle de champ (y) de l'élément optique en fonction des caractéristiques du récipient. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de réglage de l'angle de champ (y) sont constitués par le choix d'un cône parmi une gamme, et présentant des angles d'observation (y) différents entre-eux. il 11 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système d'éclairage (10) comporte un c6ne optique d'éclairage (14) placé en relation d'un anneau de lumière (12). 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de protection transparente (20) montée en contact sur le c6ne optique d'éclairage (14). 13 - Dispositif selon les revendications 8 et 12, caractérisé en ce que le cône optique (24) est monté sur une virole (26) et est destiné à supporter de façon concentrique, le cône optique d'éclairage (14).