Brevet FR2873206A1 — publié le 20060120

MACHINE POUR DETECTER DES DEFAUTS D'UN OBJET TRANSPARENT OU TRANSLUCIDE. Domaine Technique L'invention se rapporte au domaine de la production à cadence élevée d'objets transparents ou translucides, et notamment de bouteilles ou flacons en verre. Ce type d'industrie nécessite des moyens d'acquisition d'image très rapide pour inspecter les objets défilant sur la chaîne de production et ainsi mettre au rebut les objets non conformes. Elle vise plus particulièrement une machine pour acquérir et analyser des images d'un objet et détecter la présence d'un défaut. De façon générale, dans la suite de la description et pour une meilleure compréhension de l'invention, on considérera l'invention dans son application au traitement des bouteilles en verre. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à l'inspection des bouteilles de verre mais couvre tout type d'objet transparent ou translucide. Art antérieur De façon générale, pour détecter des défauts à l'intérieur d'une bouteille disposée sur un convoyeur et défilant très rapidement, on place une pluralité de caméras agencées avec un angle différent au regard d'une ou plusieurs sources lumineuses. Par conséquent, l'image analysée par les différentes caméras résulte de la lumière transmise au travers de la bouteille, avec tous les phénomènes de réflexion, transmission et diffraction provoqués par la géométrie de la bouteille, et notamment ses éventuels défauts. Il existe des machines d'inspections comportant des sources lumineuses étendues de type tube néon, combinées à des caméras linéaires avec diaphragmes, tel que décrit dans le document FR 2 301 006. Dans ce type de machine, les caméras sont toutes orientées vers le centre de la source lumineuse de façon à recevoir le maximum de lumière, et éviter les zones d'ombres. En effet, ces zones d'ombres ne sont pas exploitables pour y détecter des défauts. Ce type de caméra linéaire ne peut pas être compatible avec les chaînes de contrôle à débit élevé, et les chaînes actuelles se doivent d'être équipées de caméras matricielles. Cependant, avec l'emploi de caméras matricielles, l'utilisation d'une source de lumière étendue pose de nombreux problèmes et notamment au niveau de la présence de reflets. En effet, l'intensité lumineuse qui peut être transmise par réflexion est tires importante et génère alors des zones blanches d'éblouissement au niveau de l'image acquise. Il n'est alors pas possible de détecter de défaut à l'intérieur de ces zones blanches, qui ne sont donc pas inspectées correctement. Il a également été conçu des systèmes dans lesquels les caméras matricielles sont associées à une source lumineuse indépendante, disposée de l'autre coté du convoyeur par rapport à chaque caméra et perpendiculairement à la source, comme dans le document US 4 026 656. Dans ce type de machine, la source émet une lumière de forte intensité pendant un temps très court, tel un flash, et ce à chaque acquisition d'image. Les sources sont synchronisées entre elles pour ne pas être s'allumer en même temps et ainsi éviter les phénomènes de reflets. En effet, ces reflets apparaissent lorsque la lumière émise par une source est réfléchie sur les parois de la bouteille. L'image acquise par une caméra autre que celle qui se situe directement en regard est dans ce cas faussée, car elle prend en compte ces reflets parasites. De telles machines comportent entre 4 et 6 caméras, ce qui implique l'utilisation de 4 à 6 sources synchronisées dont le coût est donc très important. On connaît également des machines, telles que décrites dans les documents US 6 031 221 et US 6 452 156, qui nécessitent donc un plus grand nombre de sources lumineuses indépendantes, et notamment des diodes à haute intensité, dont l'éclairage et l'extinction doivent être très rapides et synchronisés. De telles machines sont donc complexes à mettre en oeuvre et sont très onéreuses. Un objectif est donc de réduire le nombre de sources mais également d'utiliser des sources meilleur marché. Ainsi, on connaît des sources de lumière étendue et homogène, telles que des tubes néon. Dans les machines comportant ce type de sources, il n'est pas possible d'éteindre et de rallumer la source lumineuse à chaque acquisition d'image par - 3 - les caméras. Une telle machine a comme inconvénient, tel que précédemment décrit, de générer des reflets puisque la lumière est émise de façon étendue et continue. Ainsi, une telle machine présente des limites car elle ne permet pas détecter les défauts présents dans les zones blanches engendrées par les reflets. Le but de l'invention est donc de permettre d'utiliser une source lumineuse et un système de gestion de cette source qui soit très peu coûteuse et simple à mettre en oeuvre, tout en permettant de réaliser des acquisitions d'image au moyen de plusieurs caméras matricielles selon différents angles d'incidence. Cette acquisition doit être réalisée de plus sur la totalité de chaque bouteille de telle sorte qu'il ne subsiste pas de zone inexploitable pour identifier et localiser un défaut. Exposé de l'invention L'invention concerne donc une machine pour détecter des défauts d'une bouteille transparente ou translucide positionnée sur un convoyeur apte à conférer à celle-ci un mouvement de translation selon une direction d'avancement. La bouteille comporte une base dont le déplacement définit un plan d'avancement du convoyeur. Une telle machine inclut un dispositif formant un sous-ensemble d'acquisition d'image. De façon connue, le sous-ensemble comporte: É une source lumineuse étendue et homogène, agencée parallèlement au convoyeur le long d'un premier côté et destinée à éclairer la bouteille; É au moins une caméra matricielle apte à capter une image de la bouteille lorsque celui-ci passe dans le champ utile de la caméra, cette caméra étant positionnée du côté opposé à la source lumineuse par rapport au convoyeur pour analyser la lumière transmise au travers de la bouteille, et présentant un axe de visée, dont l'orientation, dans un plan parallèle au plan d'avancement du convoyeur, est inclinée par rapport à une normale à la direction d'avancement. Conformément à l'invention, la machine se caractérise en ce que, dans un plan parallèle au plan d'avancement du convoyeur, l'un des bords du champ utile de la caméra passe à une distance de l'extrémité de la source lumineuse inférieure à la dimension maximale de la bouteille. Autrement dit, l'axe de visée de la caméra n'est pas dirigé vers une zone centrale de la source lumineuse comme conventionnellement, ce qui a pour conséquence d'éviter les reflets et les zones blanches lors de l'acquisition d'image. Ainsi, l'acquisition de l'image est réalisée lorsque la bouteille se trouve à proximité de l'une des extrémités de la source lumineuse de sorte que cette source ne peut pas générer de reflets sur la face de la bouteille orientée vers l'extérieur de la source. L'acquisition de l'image peut se faire ainsi en entrée ou en sortie du sous-ensemble avec une tolérance correspondant à la dimension maximale de la bouteille. Cette dimension maximale est mesurée parallèlement au plan d'avancement du convoyeur et peut correspondre à un diamètre lorsque la forme extérieure de la bouteille est cylindrique. Elle peut également correspondre à une largeur lorsque la forme extérieure de la bouteille comporte une portion prismatique. Lorsque une machine permet d'inspecter une large gamme de bouteille, cette dimension maximale de l'objet peut parfois varier entre 20 et 120 millimètres. Dans ce cas, la distance à prendre en considération est celle qui correspond au plus petit article de la gamme. En pratique, la machine est réglée de façon à ce que le bord du champ utile de la caméra passe à une distance de l'extrémité de la source lumineuse inférieure à la plus petite des dimensions maximales de la gamme de bouteilles inspectées par cette machine. En pratique, le sous-ensemble peut comporter, au niveau de l'une des extrémités de la source lumineuse, une caméra haute et une caméra basse, dont l'un des bords de leur champ utile respectif passe à une distance de l'extrémité de la source lumineuse inférieure à la dimension maximale de la bouteille. De cette manière, il est possible de fragmenter la bouteille en plusieurs images à analyser dans le sens de la hauteur. Les images pouvant être réalisées avec un axe de visée plongeant pour la caméra haute et un axe de visée en contre-plongée pour la caméra basse. Avantageusement, le sous-ensemble peut comporter deux groupes de deux caméras, chaque groupe comportant une caméra haute et une caméra basse, positionnés chacun à proximité d'une extrémité avant et arrière de la source lumineuse. En d'autres termes, un tel sous-ensemble comporte quatre caméras de façon à prendre des bouteilles selon quatre angles de vue différents et ainsi détecter le maximum de défauts possibles. Ainsi, le sous-ensemble comporte une caméra haute et une caméra basse au niveau du côté entrant du sous-ensemble, mais également une caméra haute et une caméra basse au niveau du côté sortant de ce même sous-ensemble. Avantageusement, dans un plan parallèle au plan d'avancement du convoyeur, l'orientation des axes de visée des deux caméras peut être différente, pour les deux caméras haute et basse. Autrement dit, les images réalisées par la caméra haute et la caméra basse peuvent être acquises à des instants différents, correspondant à des positions différentes de la bouteille se déplaçant avec le convoyeur. En pratique, la caméra haute peut être agencée sur un support motorisé mobile en translation verticale. Ainsi, il est possible d'adapter la position de l'axe de visée en fonction de différents paramètres, et notamment de la forme et de la hauteur de la bouteille. La caméra haute est ainsi agencée de façon à ce que son déplacement soit commandé de manière automatique en utilisant notamment un moteur électrique. Selon une variante de l'invention, l'axe de visée de l'une des caméras peut être déviée au moyen d'un miroir. Dans ce cas, le miroir peut être agencé sur un support motorisé mobile en rotation. Ainsi, la caméra peut rester fixe dans une position bien déterminée et le déplacement du miroir peut permettre d'adapter l'incidence de l'axe de visée sur la bouteille transparente. De façon préférée, on règle l'orientation de l'axe de visée de la caméra haute de telle sorte qu'elle est perpendiculaire à la surface extérieure d'une partie haute de la bouteille. De cette manière, on adapte l'orientation de l'axe de visée en fonction d'une partie haute de la bouteille, également être appelée le col de la bouteille, et qui présente des courbures dans deux directions. Cette zone est particulièrement délicate à inspecter, car de nombreuses zones d'ombre peuvent être générées par la bague de la bouteille notamment. Conformément à l'invention, la machine pour détecter des défauts d'une bouteille transparente ou translucide peut comporter deux sous-ensembles tels que précédemment décrits. Ces sous-ensembles sont agencés de part et d'autre du convoyeur de manière inversée. En d'autres termes, la machine d'inspection de bouteilles peut être conçue pour détecter les défauts au niveau de deux faces opposés de la bouteille. Avantageusement, à l'intérieur de la machine, les sous-ensembles peuvent être équipés de volets pour interdire les interférences dues à la réflexion de la lumière sur les bouteilles transparentes entre les deux sous-ensembles. Autrement dit, le bord des extrémités adjacentes des sources lumineuses peut être équipé d'un cache pour empêcher que la lumière, provenant d'un sous-ensemble en amont, se réfléchisse sur une face de bouteille et perturbe l'autre sous-ensemble. En pratique, les sous-ensembles peuvent comporter chacun une paire de caméras supplémentaires. Ces caméras supplémentaires sont agencées, au niveau de chaque sous-ensemble, l'une au dessus de l'autre et comportent chacune un axe de visée dont l'orientation est perpendiculaire à la direction d'avancement. Ainsi, une telle machine comporte par conséquent douze caméras d'inspection, à 30 savoir pour chacun des deux sous-ensembles, trois paires de deux caméras positionnées l'une au dessus de l'autre: - la première paire de caméras comportant des axes de visée orientés au niveau de l'extrémité avant de la source lumineuse, une seconde paire de caméras comportant des axes de visée orientés perpendiculairement à la direction d'avancement au niveau d'une zone centrale de la source lumineuse, et une troisième paire de caméras comportant des axes de visée orientés au niveau de l'extrémité arrière de la source lumineuse. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention et les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est vue de dessus d'une machine d'inspection, conformément à l'art antérieur; les figures 2 à 4 sont des figures de dessus de plusieurs variantes du sous-ensemble, conformément à l'invention; la figure 5 est une vue de profil schématique du sousensemble, conformément à l'invention; les figures 6 à 7 sont des vues détaillées de profil selon deux variantes de l'invention; la figure 8 est une vue de dessus d'une machine, conforme à l'invention. 20 Manière de décrire l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne une machine d'inspection pour détecter des défauts d'une bouteille transparente ou translucide. La figure 1, représentative de l'art antérieur, monte le phénomène de réflexion qui se produit sur les machines d'inspection utilisant actuellement des sources de lumière étendue. La lumière est donc réfléchie sur la bouteille puis est capté par la caméra. Cette réflexion génère alors une zone blanche au niveau de l'image acquise et l'impossibilité de localiser les défauts dans cette zone. Tel que représenté en figure 2, le sous-ensemble (1) permet d'inspecter une bouteille (2) positionnée sur un convoyeur (3). Les bouteilles (2) défilent selon une direction d'avancement (4) devant une source lumineuse (5) se présentant sous la forme d'une source homogène étendue telle un tube néon. Cette source lumineuse est positionnée d'un premier côté (6) du convoyeur (3), tandis que la caméra (7) est positionnée du côté opposé (9) du convoyeur (3). Par conséquent, une image analysée par la caméra (7) correspond à la lumière transmise au travers de la bouteille (2). Selon l'invention, le bord (13) du champ utile (8) de la caméra passe à une distance (d) de l'extrémité de l'un des bords de la source lumineuse inférieure à la dimension maximale (D) de la bouteille (2). Tel que représenté, l'axe de visée (10) de la caméra (7) est incliné dans le plan d'avancement du convoyeur (3) et par rapport à la normale à cette direction d'avancement (4), pour observer la bouteille par l'arrière. La gamme des bouteilles inspectées avec une telle machine peut être très large et dans ce cas, la caméra (7) est positionnée de façon à ce que la distance (d) soit inférieure la plus petite dimension maximale (D) de la gamme de bouteilles (2) inspectées. Par exemple si la dimension (D) de la gamme de bouteilles (2) varie entre 20 et 120 millimètres, l'orientation des caméras est avantageusement réglée de façon à ce que la distance (d) soit inférieure à 20 millimètres. De façon plus générale, on conçoit que les effets de reflets parasites sont fonction des rayons de courbures de la bouteille, qui peut être très faible dans des bouteilles de forme prismatique. Ainsi, la distance caractéristique peut être déterminée en prenant en compte ces rayons de courbure, pour les bouteilles de section complexe. On prend alors l'image de la bouteille (2) dès que l'intégralité de la bouteille est dans le champ (8). Ainsi on attend pas qu'elle atteigne le centre du champ. De cette manière, on limite les reflets qui pourraient être générés par la zone centrale de la source lumineuse (5). Tel que représenté en figure 3, le sous-ensemble peut comporter deux caméras (16,17) positionnées au niveau de l'extrémité avant (11) de la source lumineuse et de l'extrémité arrière (12). De cette manière, une bouteille (2) positionnée sur le convoyeur (3) est inspectée à des instants différents par les deux caméras (16,17) avec des angles d'incidence différents. Dans ce cas, la caméra (17) prend l'image de la bouteille (2) lorsque celle ci est voisine du bord du champ qui passe à la distance (d) de l'extrémité (12) de la source lumineuse (5). Tel que représenté à la figure 4, le sous-ensemble peut comporter au niveau de la même extrémité (11, 12) de la source lumineuse (5) deux caméras superposées, une caméra haute (27) et une caméra basse (28) agencées pour fractionner la bouteille (2) en plusieurs zones à analyser. Les axes de visée (20,30) de ces deux caméras (27,28) ne sont pas obligatoirement dans un même plan perpendiculaire au plan d'avancement du convoyeur (3). Ils peuvent ainsi être décalés d'un angle a de façon à ce que les bords (13,14) des champs utiles des deux caméras (27,28) passent à une distance de l'extrémité (11, 12) de la source lumineuse (5) inférieure à la dimension maximale de la bouteille (2). Telle que représentée en figure 5, la caméra haute (27) est agencée avec un axe de visée (20) qui est plongeant vers le bas. De façon opposée, la caméra basse (28) possède un axe de visée (30) en contre-plongée. Les deux images fournies par les caméras (27, 28) permettent alors d'inspecter totalement la bouteille (2) sur toute sa hauteur en le fractionnant en deux images. Telle que représentée à la figure 6, la caméra haute (27) peut être rapportée sur un support motorisé (21) mobile en translation verticale. De cette manière, il est possible d'orienter l'axe de visée (20) en fonction d'une partie haute (23) de la bouteille (2). Afin d'éviter des zones d'ombre au niveau de cette zone (23) qui présente une courbure prononcée, il est avantageux de positionner la caméra (27) et donc son axe de visée (20) perpendiculairement à la surface extérieure (22) de la bouteille (2). De cette manière, on évite la présence de zones d'ombre due à la bague de la bouteille (2) au niveau de son col. Tel que représenté en figure 7 et selon une autre variante, il est également possible de régler le positionnement de l'axe de visée (20) perpendiculairement à la surface extérieure (22) de la bouteille (2), au moyen d'un miroir (31). Dans ce cas, la caméra haute (37) est orientée verticalement vers le bas. Elle est immobile et c'est le mouvement - 10 du miroir (31) motorisé en rotation qui permet d'effectuer ce réglage du positionnement de l'axe de visée (20). Telle que représentée en figure 8, une machine (41) peut être équipée de deux sous-ensembles (la,lb) tels que précédemment décrits. Ces deux sousensembles sont alors agencés de manière opposée par rapport au convoyeur (3) de façon à permettre l'inspection de deux faces d'une bouteille (2). De façon à réduire l'encombrement de la machine (41), il est avantageux de rapprocher au maximum les deux sous-ensembles (la,lb) pour gagner en compacité. Cependant, cet agencement peut également générer des phénomènes d'interférence entre les deux sous-ensembles dus à la réflexion de la lumière sur les bouteilles (2). Des volets (42,43) peuvent permettre d'éviter ce problème en masquant les extrémités adjacentes des deux sources lumineuses correspondantes. Telle qu'illustrée, la machine (41) comporte avantageusement douze caméras par groupes de six dans chaque sous-ensemble (la,lb). En effet, chaque sous-ensemble comporte une paire de caméras supplémentaires (44,45) et (46,47), agencées de manière à ce que les axes de visée (48,49) et (50,51) soient orientés au niveau d'une zone centrale des deux sources lumineuses. Ces axes de visée sont alors perpendiculaires à la direction d'avancement (4) du convoyeur (3). Il ressort de ce qui précède qu'une machine conforme à l'invention présente de multiples avantages, et notamment elle permet: de réaliser un système d'inspection peu onéreux grâce à des sources lumineuses bon marché ; une gestion simplifiée au niveau de l'alimentation de la source lumineuse, ce qui simplifie de manière importante sa conception; d'obtenir des images totalement exploitables qui ne présentent aucune zone blanche; de détecter tous les défauts grâce aux deux angles de visée. - 11 - Revendications 1. Machine pour la détection de défauts d'un objet (2) transparent ou translucide positionné sur un convoyeur apte à conférer à l'objet (2) un mouvement de translation selon une direction d'avancement (4), ledit objet (2) comportant une base dont le déplacement défini un plan d'avancement du convoyeur (3), incluant un dispositif formant un sous- ensemble (1) d'acquisition d'image, ledit sous-ensemble (1) comportant: É une source lumineuse (5) étendue et homogène, agencée parallèlement au convoyeur (3) le long d'un premier côté (6) et destinée à éclairer l'objet (2) ; É au moins une caméra matricielle (7) apte à capter une image de l'objet (2) lorsque celui-ci passe dans le champ utile (8) de la camera (7), ladite caméra (7) étant positionnée du côté opposé (9) à la source lumineuse (5) par rapport au convoyeur (3) pour analyser la lumière transmise au travers de l'objet (2), et présentant un axe de visée (10, 20, 30), dont l'orientation, dans un plan parallèle au plan d'avancement du convoyeur (3), est inclinée par rapport à une normale à la direction d'avancement (4) ; caractérisée en ce que, dans un plan parallèle au plan d'avancement du convoyeur (3), l'un des bords (13) du champ utile (8) de la camera (7) passe à une distance (d) de l'extrémité (11, 12) de la source lumineuse (5) inférieure à la dimension maximale (D) de l'objet (2) . 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le sousensemble (1) comporte, au niveau de l'une des extrémités (11, 12) de la source lumineuse (5), une caméra haute (27) et une caméra basse (28) dont l'un des bords (13, 14) de leur champ utile (8, 18) respectif passe à une distance de l'extrémité (11, 12) de la source lumineuse (5) inférieure à la dimension maximale de l'objet (2). 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le sousensemble (1) comporte deux groupes de deux caméras (27, 28), chaque groupe comportant une caméra haute (27) et une caméra basse (28), positionnés chacun à proximité d'une extrémité (11, 12) de la source lumineuse (5). - 12 - 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans un plan parallèle au plan d'avancement du convoyeur (3), l'orientation des axes de visée (20, 30) des deux caméras (27, 28) est différente. 5. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la caméra haute (27) est agencée sur un support motorisé (31) mobile en translation verticale. 6. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe de visée (20) de la caméra haute (37) est dévié au moyen d'un miroir (31). 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le miroir (31) est agencé sur un support motorisé (32) mobile en rotation. 8. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'orientation de l'axe 15 de visée (20) de la caméra haute (27, 37), est perpendiculaire à la surface extérieure (22) d'une partie haute (23) de l'objet (2). 9. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux sous-ensembles (la, lb) agencés de part et d'autre du convoyeur (3) de manière inversée. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que les sousensembles (la, lb) sont équipés de volets (42, 43) pour interdire les interférences dues à la réflexion de la lumière sur les objets (2) transparents entre les deux sous-ensembles (la, lb). 11. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que les sousensembles (la, lb) comportent chacun une paire de caméras supplémentaires (44, 45) et (46, 47), lesdites caméras supplémentaires (44, 45) et (46, 47) étant agencées, au niveau de chaque sous-ensemble (la, lb), l'une au dessus de l'autre et comportant chacune un axe de visée (48, 49) et (50, 51) dont l'orientation est perpendiculaire à la direction d'avancement.