Brevet FR2785990A1 — publié le 20000519

Dispositif de détection de défauts de surface sur des pièces réfléchissantes La présente invention concerne un dispositif de détection de défauts de surface sur des pièces de formes variées hautement réfléchissantes. L'invention concerne notamment, mais non exclusivement, le contrôle de la qualité sur une chaîne de fabrication de pièces métallisées. Ces pièces peuvent tre des produits en matière plastique métallisés à des fins décoratives, tels que bouchons et capots destiné à des récipients de produits cosmétiques, des flacons de parfums, etc. Ces pièces sont généralement de taille moyenne (quelques centimètres en hauteur, largeur et longueur). Leur forme est très variée ; elle peut tre parallélépipédique, cylindrique, sphérique ou plus complexe. En raison de la métallisation, la surface des pièces est hautement réfléchissante. Les pièces se comportent donc vis-à-vis de l'éclairage sensiblement comme des miroirs de formes variées. Ces pièces peuvent comporter des défauts de surface causés souvent par des poussières incluses sous la couche de métallisation ; la nature et la couleur de la surface ne sont donc pas modifiées à l'emplacement du défaut, ce qui fait que ce type de défaut n'est généralement pas détectable sous éclairage normal. L'invention a pour but de permettre la détection de tels défauts par un dispositif simple et fiable, qui puisse s'intégrer facilement dans une chaîne de fabrication. L'invention atteint son but par un dispositif de détection de défauts de pièces réfléchissantes, qui comporte : des moyens d'éclairage directionnels pour éclairer les pièces, ! es moyens d'éclairage étant disposés de manière à créer sur les pièces après réflexion des zones relativement tranchées claires et sombres (correspondant respectivement à l'image des moyens d'éclairage et à Limage du fond) ; des moyens de balayage pour faire déplacer les zones sombres et claires sur toute la surface à contrôler des pièces ; des moyens pour capter des images des zones sombres ou des zones claires des pièces en balayage ; des moyens pour détecter dans l'image captée des taches claires dans les zones sombres ou des taches sombres dans les zones claires, et conclure à la présence d'un défaut. En effet, 1'invention est fondée sur l'observation que le défaut de surface, d'une surface le plus souvent inférieure à 1 mm2, est généralement caractérisé par son relief car il crée une bosse à la surface de la pièce, et que cette bosse, qui crée une déviation locale de l'éclairage, modifie la réflexion de la lumière et est détectable sous forme d'un point blanc (relief renvoyant une image partielle de la source lumineuse) au milieu d'une zone sombre, ou inversement d'un point sombre dans une zone claire. Pour des raisons pratiques liées à la saturation des cellules des caméras d'observation, on préfère observer la présence de points clairs dans une zone sombre plutît que l'inverse. Bien qu'on puisse faire déplacer la lumière par rapport aux pièces, il est généralement préférable de disposer de moyens d'éclairage fixes, les moyens de balayage étant alors constitués par des moyens de déplacement relatif des pièces par rapport aux moyens d'éclairage. Afin de mécaniser le dispositif et pouvoir l'intégrer plus facilement dans une chaîne, il est avantageux de prévoir des moyens pour faire défiler les pièces sur une trajectoire, les moyens pour capter l'image étant disposés fixes le long de la trajectoire. Dans ce cas, les moyens pour capter les images captent les images d'une pièce simultanément en défilement et en balayage, le temps d'un balayage complet. Ces moyens pour capter les images comportent avantageusement au moins une caméra matricielle, capable de prendre dans son champ une pièce qui défile le temps d'un balayage complet. La caméra est reliée à un ordinateur pour procéder, de préférence en temps réel, à l'analyse d'image et à la détection de points blancs dans des zones sombres, cette détection donnant lieu à un signal ou déclenchant une procédure de rejet de la pièce dans laquelle un défaut à été détecté. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de défilement consistent en un convoyeur linéaire portant des supports rotatifs de pièces, la rotation des pièces en vue d'assurer le balayage étant assurée par le frottement des supports sur un frottoir fixe disposé le long de la trajectoire. Dans un exemple particulier d'application, les pièces sont des bouchons à surface latérale cylindrique, disposés sur des supports rotatifs dont l'axe est confondu avec celui des bouchons. Les moyens d'éclairage directionnels, idéalement des sources ponctuelles situées à l'infini, sont avantageusement en pratique des sources linéaires se détachant sur un fond d'ombre, et sont notamment constitués par des tubes fluorescents à haute fréquence disposés espacés le long de la trajectoire, parallèlement auxdits axes. Les moyens reliés à la caméra, notamment des moyens informatiques pour traiter l'information reçue et décider de la présence ou non d'un défaut, comportent avantageusement des premiers moyens de filtrage pour détecter si une première zone périphérique proche autour d'une tache claire (respectivement sombre) est bien dans une zone sombre (respectivement claire). D'autre part, pour éliminer des détections fautives liées à des géométries complexes de pièces envoyant des réflexions parasites, il est avantageux de prévoir des seconds moyens de filtrage pour détecter si une seconde zone disposée radialement plus loin que ladite première zone périphérique par rapport à la tache claire (respectivement sombre) est bien dans une zone claire (respectivement claire). L'invention sera mieux comprise à 1'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant à titre d'exemple une forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention. D'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de la description. La figure I est une vue schématique en plan du dispositif de 1'invention. La figure 2 est une vue en coupe II-II du dispositif de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique montrant les zones d'ombre et de lumière sur un bouchon. La figure 4 est une vue d'une zone de traitement d'image. Les figures 1 et 2 montrent schématiquement un convoyeur linéaire 2, de type tapis roulant sans fin, sur lequel sont montés des supports de pièces 3 espacés alignés à la partie supérieure le long d'une trajectoire linéaire 4. Les supports 3 consistent par exemple en broches montées en rotation libre et comportant à leur base un disque d'entraînement 5. Les bouchons 6 sont montés sur les supports 3. Un frottoir 7 est disposé fixe adjacent à la trajectoire 4, frottoir 7 sur lequel viennent frotter les disques 5 lors du défilement du support 3, ce qui provoque la rotation du support 3 pendant le défilement. La longueur du frottoir 7 est calculée par rapport au périmètre des disques 5 de manière à entrainer une rotation d'un tour complet. Des tubes fluorescents 8 à haute fréquence sont disposés espacés dans un plan vertical parallèle à la trajectoire 4. Au centre du dispositif 1, dans un intervalle séparant deux tubes 8, est défini l'axe 9 de prise de vue, orthogonal à la trajectoire 4 et au plan des tubes 8. Une caméra matricielle 10 noir et blanc, de type CCD (dispositif à couplage de charge), permet d'observer dans l'axe 9, les pièces 6 simultanément en défilement et en rotation de balayage, la largeur du champ d'observation permettant de suivre une rotation complète de la pièce 6 qui défile devant la caméra 10. La rotation complète assure que les zones claires, correspondant à l'image de la source lumineuse (les tubes) et les zones sombres, correspondant à l'image des zones d'ombre entre les tubes, auront balayé toute la surface du bouchon observé 6. La fréquence élevée (par rapport à la fréquence usuelle de 50Hz) des tubes est choisie pour assurer qu'il y ait toujours au moins un flash, et de préférence plusieurs, par fentre temporelle d'acquisition de données par la caméra (laquelle peut avoir une fréquence d'acquisition par exemple de 2 kHz). La figure 3 illustre schématiquement l'apparence d'une pièce 6, ici un bouchon cylindrique, vue dans l'axe 9 (ou au voisinage de cet axe compte tenu du défilement de la pièce) sous éclairage directionnel : il se forme au moins une zone claire en forme de bande verticale 22 (ici, plusieurs zones 22 correspondant chacune à l'image d'un tube 8) et au moins une zone sombre en forme de bande verticale 23 (ici, plusieurs telles franges 23 placées entre des bandes 22) ; une bosse 24 apparaît sous forme d'un point blanc dans ladite frange 23. Les images transmises par la caméra 10 sont envoyées à un ordinateur 11 de type PC par une carte d'acquisition et sont traitées par un logiciel spécifique destiné à rechercher dans l'image des points blancs entourés par une couronne de points noirs, caractéristiques des défauts à détecter. Pour chaque pixel blanc 20 détecté, le logiciel opère un premier filtrage en testant une couronne carrée 21 (cf. figure 4) entourant le pixel 20 à une distance a et sur une largeur b. Si cette zone 21 ne contient que des pixels noirs, le pixel courant 20 est classe en défaut. Afin de pouvoir détecter d'éventuelles inclusions de type fil, un seuil de tolérance est fixé pour le remplissage de la zone de traitement. Ce premier filtrage est suffisant pour une géométrie simple de bouchon ; cependant, dans certains cas de formes complexes, induisant des réflexions parasites, il est utile de vérifier par un second filtrage que le pixel analysé comme un défaut est bien au sein d'une frange 23 sombre entre bandes claires ; pour ce faire, le logiciel teste si deux régions 25 rectangulaires (d x e) situées de part et d'autre à une distance c de la zone périphérique 21 sont bien majoritairement composées de pixels blancs. En pratique, compte tenu de la forme des bouchons, il se peut qu'une caméra soit insuffisante pour rendre compte de toute la surface de ceux-ci. Par exemple, on peut prévoir une caméra 10', disposée au-dessus de la trajectoire 2 dans la zone d'observation de la première caméra 10. REVENDICATIONS Dispositif de détection de défauts de pièces réfléchissantes (6), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'éclairage directionnel (8) pour éclairer les pièces (6), les moyens d'éclairage (8) étant disposés de manière à créer par réflexion sur les pièces (6) des zones relativement tranchées sombres (23) et claires (22), des moyens de balayage (5,7) pour faire déplacer les zones sombres et claires sur toute la surface à contrôler des pièces (6), des moyens (10, 10') pour capter des images des zones sombres (23) ou claires des pièces en balayage, des moyens (11) pour détecter dans l'image captée des taches claires (26) dans les zones sombres (23) ou des taches sombres dans les zones claires, et conclure à la présence d'un défaut. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage (8) sont fixes et les moyens de balayage sont constitués par des moyens (5, 7) de déplacement relatif des pièces (6) par rapport aux moyens d'éclairage (8). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par des moyens (2) pour faire défiler les pièces (6) sur une trajectoire (4) les moyens (10,10') pour capter l'image étant disposés fixes le long de la trajectoire (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérise en ce que les moyens (10,10') pour capter les images captent les images d'une pièce (6) simultanément en défilement et en balayage, le temps d'un balayage complet. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour capter les images comportent une caméra matricielle (10,10'). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de défilement consistent en un convoyeur linéaire (2) portant des supports rotatifs (3,5) de pièces, la rotation des pièces (6) en vue d'assurer le balayage étant assurée par le frottement des supports (3,5) sur un frottoir fixe (7) disposé le long de la trajectoire (4). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pièces (6) sont des bouchons à surface latérale cylindrique, disposés sur des supports rotatifs (3) dont t'axe est confondu avec celui des bouchons (6). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage sont constitués par des tubes fluorescents (8) disposés espacés le long de la trajectoire (4), parallèlement auxdits axes. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens (11) comportent des premiers moyens de filtrage pour détecter si une première zone périphérique proche autour d'une tache claire, respectivement sombre, est bien dans une zone sombre, respectivement claire. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (I I) comportent des seconds moyens de filtrage pour détecter si une seconde zone disposée radialement plus loin que ladite première zone périphérique par rapport à la tache claire, respectivement sombre, est bien dans une zone claire, respectivement claire.