Brevet FR2779837A1 — publié le 19991217

La présente invention concerne des dispositifs d'éclairement de surface du type utilisé avec des systèmes d'inspection vidéo, et plus particulièrement, un dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence amélioré capable de diriger des faisceaux lumineux collimatés sur une pièce à usiner inspectée sous des angles d'incidence se situant dans la gamme d'environ 45 à plus de 90 . Jusqu'à présent, divers systèmes ont été mis au point pour éclairer et inspecter des pièces à usiner ou des pièces fabriquées de diverses formes et configurations. Ces dispositifs, fréquemment désignés sous le nom d'illumina- teurs de surface, sont souvent conçus de telle manière que la pièce devant être inspectée soit entourée d'une ou plusieurs sources de lumière qui dirigent un éclairement de façon oblique sur la surface ou les surfaces de la pièce à inspecter. Le brevet des USA N 4 893 223 utilise par exemple une pluralité de diodes électroluminescentes qui sont montées à des positions disposées selon un groupement sphérique segmenté, afin que des faisceaux lumineux qui en émanent soient dirigés sous des angles d'incidence différents sur la surface de la pièce à inspecter. Un système d'éclairement assez semblable est décrit dans le brevet des USA N 5 038 258, dans lequel des modulateurs de lumière sont interposés entre les sources de lumière et la pièce soumise à l'inspection. De plus, dans le brevet des USA N 5 690 417, qui est détenu par le même titulaire que la présente demande, une pluralité de sources de lumière sous la forme de diodes électroluminescentes, ou autres, sont agencées sous forme de groupements circulaires radialement espacés, entre une lentille de Fresnel et une pièce à usiner à inspecter. Par conséquent, des faisceaux collimatés de lumière sont dirigés de façon oblique par la lentille de Fresnel, et sous des angles d'incidence différents, sur la pièce qui est soumise à l'inspection. Bien que les dispositifs d'éclairement mentionnés ci- dessus soient appropriés pour l'inspection de certains types de pièces à usiner, il est apparu qu'il existait un besoin en ce qui concerne un dispositif d'éclairement de surface qui puisse diriger des faisceaux de lumière provenant d'un groupement de diodes électroluminescentes vers un foyer commun situé à l'emplacement de la pièce à inspecter, et de telle manière que les faisceaux de lumière soient dirigés selon des angles d'incidence couvrant une gamme qui ne pouvait pas être assurée jusqu'à présent par les dispositifs de l'art antérieur, c'est-à-dire en permettant des angles d'incidence se situant dans la gamme d'environ 45 à plus de 900. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de fournir un dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence amélioré, qui soit capable de diriger sur une pièce à inspecter un groupement de faisceaux lumineux collimatés qui puissent être dirigés sur la pièce à usiner sous des angles d'incidence se situant dans la gamme d'environ 45 à plus de 90 . Un autre objectif de la présente invention est de fournir un dispositif d'éclairement de surface du type décrit ci-dessus, dans lequel un miroir ellipsoidal ou paraboloidal concave est utilisé pour réfléchir des faisceaux de lumière provenant d'un groupement de ceux-ci vers un plan objet ou un foyer commun, et sous des angles d'incidence se situant dans une gamme d'environ 45 à plus de 900. Un objectif supplémentaire de l'invention est de fournir un dispositif d'éclairement de surface amélioré du type décrit ci-dessus, dans lequel le miroir paraboloidal et l'objet inspecté peuvent être ajustés l'un par rapport à l'autre, afin de modifier ainsi la gamme d'angles d'incidence des faisceaux qui sont dirigés sur la pièce à usiner. D'autres objectifs de l'invention apparaîtront ci- après à la lecture de la description, notamment en référence aux dessins annexés. A un boîtier de lampe ayant globalement la forme d'un disque est fixée une pluralité de lampes ou de diodes émettant de la lumière espacées, parallèles, dont les axes s'étendent parallèlement à, et sont radialement espacés de la ligne centrale axiale du boîtier. De plus, les extrémités émettrices de lumière des lampes sont tournées dans la même direction (vers le bas dans le mode de réalisation illustré) et dirigent leurs faisceaux de lumière sur une surface réfléchissante de forme paraboloidale telle que celle formée par la surface intérieure d'un réflecteur ou d'un miroir qui est fixé de façon coaxiale au-dessus de l'extrémité inférieure du boîtier. Les lampes sont montées dans le boîtier de lampe sous forme de groupements circulaires radialement espacés, disposés coaxialement par rapport à la ligne centrale du boîtier, afin que les faisceaux réfléchis d'un groupement circulaire respectif de ceux-ci soient dirigés sous un angle d'incidence prédéterminé vers la ligne centrale du boîtier de lampe. Le réflecteur paraboloidal ou ellipsoidal présente une ouverture de diamètre relativement grand à son extrémité supérieure, ce diamètre étant pratiquement égal à celui du boîtier de lampe en forme de disque, et étant fixé de façon amovible par une pluralité de pinces ou autres de façon coaxiale au-dessus de l'extrémité inférieure du boîtier. A son extrémité opposée inférieure, le réflecteur présente une ouverture plus petite destinée à recevoir un article ou une pièce à usiner, ou une partie de celle-ci, qui est disposée sur une table de travail ou un support placé en dessous du réflecteur. La figure 1 est une vue en coupe fragmentaire prise globalement le long de la droite 1-1 de la figure 2 et orientée dans la direction des flèches, illustrant un objectif entouré d'un boîtier de lampe annulaire contenant des groupements circulaires de sources de lumière qui dirigent des faisceaux de lumière vers le bas sur la surface réfléchissante d'un miroir paraboloidal faisant saillie coaxialement sous le boîtier de lampe, vers une pièce à usiner, qui est représentée de façon fragmentaire en traits discontinus, telle qu'elle apparaît lorsqu'elle prend appui dans une ouverture pratiquée à l'extrémité inférieure du miroir; la figure 2 est une vue en coupe prise globalement le long de la droite 2-2 de la figure 1, et orientée dans la direction des flèches; la figure 3 est un schéma de câblage illustrant une manière dont des groupes incurvés de sources de lumière peuvent être activés sélectivement; et la figure 4 est un schéma illustrant une manière dont un éclairement sélectif des sources de lumière peut être commandé. En se référant à présent aux dessins au moyen de références numériques, et en premier lieu à la figure 1, la référence numérique 10 désigne d'une manière générale un dispositif d'éclairement de surface du type ayant un boîtier d'objectif cylindrique 12 contenant un objectif classique (non illustré). Un boîtier 14 de support de lampe annulaire ayant globalement la forme d'un disque est fixé à, et entoure l'extrémité inférieure du boîtier 12, ce boîtier 14 pouvant avoir une configuration semblable à celle du boîtier identifié de façon correspondante dans le brevet des USA NO 5.690.417 mentionné plus haut. Le dispositif d'éclairement de surface 10 est monté au-dessus d'une table de travail ou d'un support 16 permettant un ajustement vertical rapprochant ou éloignant de la table 16, et par rapport à une pièce à usiner W (lignes discontinues dans la figure 1) qui est montée sur la table ou le support 16. Un miroir ou un réflecteur paraboloidal concave ou ellipsoidal est fixé de façon amovible au boîtier de lampe 14 et fait saillie vers le bas et coaxialement sous celui- ci, la surface intérieure de ce réflecteur étant la surface réfléchissante. Il n'est pas nécessaire que la surface extérieure du réflecteur 20 soit réfléchissante. Autour de son extrémité ouverte supérieure de grand diamètre, le réflecteur 20 est muni d'une bride 22 intégrale, circonférentielle, faisant saillie latéralement, qui est fixée de façon amovible par une pluralité de colliers ou de pinces de serrage 23 à la face inférieure d'une pince ou d'une bague annulaire 24. La bague 24 est fixée coaxialement à la surface périphérique extérieure du boîtier 14 et s'étend axialement sur une faible distance sous la partie inférieure du boîtier 14. L'extrémité inférieure ouverte 26 du boîtier 14 est de plus petit diamètre que son extrémité supérieure. Comme représenté dans les figures 1 et 2, deux cent seize lampes L sont montées à l'intérieur du boîtier 14, ces lampes pouvant en pratique être des diodes électroluminescentes collimatées (LED) du type vendu par la Société Hewlett Packard sous la désignation HLMA- CHOO/-CLOO. Les lampes L représentées dans les figures 1 et 2 sont fixées par leurs extrémités intérieures dans le boîtier 14 pour s'étendre de façon espacée et parallèlement les unes aux autres, et sont agencées dans six groupements circulaires disposés coaxialement de façon que les lignes centrales des lampes des groupements respectifs se situent sur des cercles radialement espacés de la ligne centrale axiale du boîtier 12 à des distances radiales désignées Ri, R2, R3, R4, R5 et R6. Ces lampes L sont montées d'une manière semblable à celle des lampes L représentées dans la figure 3 du brevet US-A-5.690.417 mentionné plus haut, excepté que dans le présent cas, on a monté six et non pas cinq groupements circulaires de lampes dans le boîtier 14. Lorsque les lampes de ce boîtier sont activées, elles dirigent des faisceaux de lumière vers le bas le long d'axes parallèles et espacés vers la surface réfléchissante intérieure du réflecteur 20. Les lampes L décrites ici sont conçues pour être activées sélectivement par un système de commande globalement semblable à celui représenté dans le brevet US-A-5.690.417, l'objet décrit dans le brevet US-A- 5.690.417 (désigné ci-après brevet N 417) étant cité ici à titre de référence pour faciliter la compréhension du système de commande décrit ci-après. En se référant de nouveau à la figure 2, on notera qu'en plus d'être montées dans le boîtier 14 sous forme de groupements circulaires, les lampes L, qui sont équidistantes les unes des autres, peuvent être divisées arbitrairement en huit secteurs équiangulaires identifiés dans la figure 2 par Si à S8. Comme dans le cas des lampes du brevet N 417, les lampes de chacun de ces secteurs peuvent être activées de façon sélective afin que l'éclairement provenant des sources lumineuses puisse être dirigé sélectivement dans différentes directions sur une pièce à usiner W soumise à une inspection. Comme représenté dans la figure 3, les lampes du secteur Si sont par exemple conrmmandées par six circuits différents désignés Si-1 à S1-6, et chacun de ces six circuits différents sont respectivement connectés par l'intermédiaire de l'un de commutateurs RlS1 à R6S1 à une alimentation électrique désignée PS dans la figure 3. Chaque fois que l'un quelconque des commutateurs normalement ouverts RlS1 à R6Sl est fermé, de l'énergie est délivrée au circuit associé Si-1 à S1-6, afin d'activer les lampes L associées, ce qui a pour effet, dans le cas du circuit Si-1, d'activer les deux lampes du secteur Si qui sont situées à la distance Ri de l'axe du boîtier 12, et dans le cas du circuit S1-6, les sept lampes du secteur Si qui sont situées à une distance R6 de l'axe du boîtier 12. Bien que la figure 3 ne soit décrite qu'en ce qui concerne la section Si des lampes, représentée dans la figure 2, il est clair que sept circuits semblables à celui-ci seront utilisés pour activer sélectivement les lampes dans chacun des sept secteurs S2 à S8 restants. A titre d'exemple, dans la figure 4, la référence numérique 30 désigne d'une manière générale un dispositif de commande/microprocesseur qui peut être utilisé pour délivrer sélectivement de l'énergie à un groupe sélectionné de lampes dans chacun des secteurs S1 à S8. Ce dispositif de commande, qui est globalement semblable à celui décrit dans la figure 6 du brevet N 417 mentionné plus haut, comporte des commutateurs SS1 à SS8 destinés à actionner sélectivement ou à sélectionner un secteur particulier de lampes L, et des commutateurs SR1 à SR6 dont chacun est associé à l'un des six anneaux circulaires de lampes, de celle qui est située le plus à l'intérieur et qui est commandée par SR1, jusqu'à celle qui est radialement la plus extérieure et qui est commandée par le commutateur SR6. Par conséquent, la fermeture sélective de l'un des commutateurs SS1 à SS8 envoie un signal à la matrice de commutation 30 indiquant le secteur de lampes qui a été sélectionné pour l'activation; la fermeture de l'un ou de plusieurs des commutateurs SR1 à SR6 provoque ensuite la fermeture correspondante de l'un des commutateurs RlSl à R6S1 associés, et par conséquent, l'activation des lampes qui leur sont associées. Cette opération est semblable à celle qu'effectue le dispositif de commande à microprocesseur décrit dans le brevet N 417 mentionné plus haut. De plus, le circuit désigné IC dans la figure 4 annexée est semblable à celui décrit dans le brevet N 417 indiqué plus haut, par le fait que le circuit intégré peut être commandé par le dispositif de commande de la figure 4 afin de jouer le rôle d'une commande d'intensité globale de telle manière que l'intensité globale de l'éclairement engendré par les lampes L puisse être commandée de la façon souhaitée. D'après ce qui précède, on notera que la présente invention fournit une version améliorée du dispositif de commande décrit dans le brevet US-A-5 690 417, étant donné que le réflecteur 20, en association avec les lampes L, permet de diriger de nombreux faisceaux lumineux ayant des angles d'incidence différents sur la pièce à usiner W à inspecter. A titre d'exemple, comme représenté sur la figure 1, la lumière émise par les lampes L dans l'anneau extérieur (R6) donne des faisceaux lumineux réfléchis ayant un angle d'incidence d'environ 40 , tandis que les angles d'incidence croissent notablement pour les lampes qui sont dans des anneaux radialement plus proches du boîtier 12. A titre d'exemple, en ce qui concerne les lampes se trouvant dans l'anneau désigné par R4, leurs faisceaux lumineux réfléchis sont représentés comme étant dirigés sur la pièce à usiner W sous un angle d'incidence d'environ 60 . En revanche, les angles d'incidence pour les lampes se trouvant dans l'anneau R2 sont d'environ 90 , tandis que pour les lampes radialement les plus intérieures dans l'anneau Rl, leurs faisceaux lumineux réfléchis sont dirigés sur la pièce à usiner W sous un angle d'incidence dépassant 900. Dans ce mode de réalisation, comme représenté dans la figure 1, le plan objet qui est désigné par la ligne P, se situe dans un plan normal à la ligne centrale du réflecteur 20, et est situé au-dessus de l'extrémité ouverte inférieure 26 du réflecteur 20. Du fait de cette structure, il est possible à la pièce à usiner W de s'étendre à travers l'extrémité inférieure ouverte 26 du réflecteur 20 et de pénétrer à l'intérieur du centre du réflecteur, de sorte qu'elle sera entourée par l'éclairement réfléchi sur la surface intérieure du réflecteur. Du fait de cette structure, les faisceaux lumineux qui sont réfléchis sur la pièce à usiner W sous un angle supérieur à 90 , dirigent en fait l'éclairement légèrement vers le haut depuis le dessous du plan objet, ce qui, dans certains cas, peut être particulièrement souhaitable pour l'inspection d'une pièce à usiner W de forme inhabituelle. En plus de cela, on notera que le dispositif d'éclairement de surface 10 et/ou le support 16 sont montés de façon à pouvoir effectuer un mouvement axial l'un par rapport à l'autre de façon à faire croître ou décroître sélectivement la distance entre la surface supérieure du support 16 et l'extrémité inférieure 26 ouverte du réflecteur. De plus, on notera que la partie du paraboloide qui est éliminée pour former son extrémité inférieure ouverte 26, peut être agrandie si cela est souhaitable, afin d'augmenter la taille de l'ouverture circulaire pratiquée dans l'extrémité inférieure du réflecteur. Dans la pratique, cela peut faire monter l'extrémité ouverte inférieure du réflecteur 20 au-dessus du plan objet P et conduire à une distance de travail ou un dégagement plus grand du fait de la présence d'une ouverture de plus grand diamètre dans l'extrémité inférieure du réflecteur 20. D'après ce qui précède, on peut noter que la présente invention fournit un moyen relativement simple et peu coûteux pour produire un dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence en utilisant, en association avec des groupements circulaires de sources de lumière collimatées, un réflecteur paraboloidal amovible destiné à diriger des faisceaux collimatés de lumière sur une pièce à usiner devant être inspectée et sous des angles d'incidence qui se situent dans une gamme d'environ 450 à plus de 90 . Le réflecteur 20 peut, si cela est souhaitable, être fixé à la face inférieure du boîtier 14 par des moyens classiques autres que des pinces 23, par exemple par un couplage magnétique ou un raccordement fileté. De plus, bien que la présente invention ait été illustrée et décrite en détail sous la forme de seulement certains de ses modes de réalisation, il apparaîtra que la présente demande est destinée à couvrir toutes les modifications qui entrent dans le cadre des compétences des spécialistes de la technique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier d'objectif (12) traversé par un alésage axial contenant un système de lentilles destiné à projeter à travers ledit alésage l'image d'un objet éclairé (W) situé à une position prédéterminée au-delà d'une extrémité dudit boîtier d'objectif, un boîtier de lampe (14) entourant ledit boîtier d'objectif et ayant à l'une de ses extrémités une ouverture centrale alignée coaxialement avec ledit alésage, et une pluralité de sources de lumière collimatée (L) montées dans ledit boîtier de lampe (14) de façon mutuellement espacée et pouvant être mises en fonctionnement pour diriger à travers ladite ouverture centrale et vers ledit objet (W) une pluralité de faisceaux lumineux espacés, parallèles, collimatés, agencés dans des groupements circulaires radialement espacés disposés coaxialement par rapport audit alésage, et caractérisé par un réflecteur creux (20) interposé entre ledit boîtier de lampe et ledit objet, ledit réflecteur ayant à l'une de ses extrémités (22) une première ouverture pratiquée coaxialement autour de ladite ouverture centrale dans ledit boîtier de lampe (14), et ayant à son extrémité opposée (26) une seconde ouverture disposée coaxialement par rapport à ladite première ouverture et faisant face audit objet (W), ledit réflecteur (20) ayant une surface réfléchissante de forme paraboloîdale interne formée dans celui-ci et s'étendant coaxialement entre lesdites première et seconde ouvertures dans ledit réflecteur, et ayant pour fonction de réfléchir la lumière provenant desdits faisceaux lumineux collimatés vers ledit objet. 2. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface réfléchissante a pour fonction de diriger une lumière réfléchie à partir desdits faisceaux vers un point focal situé dans un plan objet (P) s'étendant perpendiculairement à l'axe commun desdites première et seconde ouvertures, et positionné à proximité immédiate de ladite seconde ouverture dans ladite extrémité opposée (26) dudit réflecteur. 3. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie dudit objet (W) fait saillie à l'intérieur dudit réflecteur à travers ladite seconde ouverture pratiquée dans celui-ci et au-delà dudit plan objet (P). 4. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface réfléchissante a pour fonction de diriger des faisceaux de lumière réfléchis sur ladite partie dudit objet sous des angles d'incidence se situant dans la gamme de 40 à plus de 90 . 5. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23) fixant de façon amovible ladite première extrémité (22) dudit réflecteur à ladite première extrémité dudit boîtier de lampe (14) au voisinage de ladite ouverture centrale de celui- ci. 6. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit réflecteur a pour fonction de réfléchir lesdits groupements circulaires de faisceaux lumineux collimatés vers ledit objet sous des angles d'incidence respectivement différents. 7. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits angles d'incidence sont dans la gamme de 40 à plus de 900. 8. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (30) destinés à activer sélectivement lesdites sources lumineuses (L) pour commander le niveau et l'orientation de la lumière réfléchie par ladite surface réfléchissante de forme paraboloidale vers ledit objet. 9. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites sources (L) de lumière sont disposées dans des groupements circulaires radialement espacés entourant ledit boîtier d'objectif (12), et lesdits moyens de commande comportent une pluralité de circuits électriques (S1- 1-S-6) dont chacun commande un nombre prédéterminé de sources de lumière adjacentes dans chacun desdits groupements de celles-ci, chacun desdits circuits comportant des moyens de commutation (RlS1-R6S1) pouvant être mis en fonctionnement sélectivement pour activer dans l'un ou plusieurs desdits groupements de sources de lumière ledit nombre adjacent de sources de lumière commandées par celui-ci, et ledit nombre prédéterminé de sources de lumière adjacentes dans chaque groupement de celles-ci commandé par un circuit respectif, croissant progressivement d'un nombre minimal pour celui qui est radialement le plus intérieur (Ri) desdits groupements de ceux-ci, à un nombre maximal pour celui qui est radialement le plus extérieur (R6) desdits groupements de ceux-ci. 10. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite surface de forme paraboloidale dudit réflecteur (20) dirige une lumière réfléchie à partir desdits faisceaux vers un point focal situé à une position intermédiaire entre les extrémités dudit réflecteur sur l'axe commun desdites première et seconde ouvertures. 11. Dispositif d'éclairement de surface programmable à haute incidence selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit point focal se situe dans un plan objet (P) s'étendant perpendiculairement audit axe commun à proximité immédiate de ladite extrémité opposée (26) dudit réflecteur.