Brevet FR2877724A1 — publié le 20060512

La présente invention concerne le domaine technique de l'inspection optoélectronique d'objets creux ou récipients au sens général à caractère transparent ou translucide tels que par exemple des bouteilles, des pots ou des flacons en verre en vue de déceler d'éventuels défauts de surface présentés par la bague d'un tel récipient. L'objet de l'invention vise plus précisément le domaine de l'inspection de tels récipients en vue de déceler sur leur bague, la présence de défauts de surface correspondant à un surplus ou à un manque de matière, à des défauts appelés bouillons ou bulles, à des défauts correspondant à une bague écaillée ou ébréchée, ou à des défauts dits fils sur bague. L'état de la technique a proposé différents dispositifs de contrôle de la qualité des bagues de récipients afin d'éliminer ceux qui comportent des défauts susceptibles d'affecter leur caractère esthétique ou plus grave, de présenter un réel danger pour l'utilisateur. Par exemple, il est connu un poste de détection comportant un système d'éclairage apte à fournir un faisceau incident concentré sur la surface supérieure de la bague. Une caméra est positionnée de manière à recevoir les faisceaux lumineux réfléchis qui sont transmis à une unité de traitement adaptée pour former une image de la surface de la bague. L'unité de traitement analyse l'image afin de détecter la présence éventuelle de défauts qui perturbent la réflexion de la lumière soit par réfraction, ce qui conduit à une absence localisée de lumière de sorte que le défaut apparaît en noir, soit par concentration de lumière de sorte que le défaut apparaît en blanc. Pour assurer un bon contrôle de la surface de la bague des récipients, il est connu qu'il convient de maîtriser l'angle incident du flux lumineux par rapport à la surface de la bague. Cependant, il a été constaté qu'une telle technique permet de détecter en tant que défauts, des bouillons qui sont situés à l'intérieur de la bague alors que le récipient comportant de tels bouillons en profondeur n'est pas à considérer comme défectueux. Par ailleurs, il a été constaté une difficulté dans le traitement des images pour détecter de manière fiable, un défaut en raison notamment de la présence dans l'image de parasites dus aux différentes réflexions de lumière sur la surface du récipient. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une technique d'inspection de la surface de la bague d'un récipient adaptée pour détecter, avec une grande fiabilité, de nombreux types de défauts susceptibles d'apparaître en évitant de prendre en compte en tant que défauts, des réflexions parasites de lumière et les bouillons de profondeur par exemple. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention vise à proposer un procédé d'inspection optique pour déterminer la présence de défauts sur la surface de la bague d'un récipient transparent ou translucide, le procédé comportant les étapes suivantes: - éclairer au moins la surface de la bague du récipient à l'aide d'un système d'éclairage, - à former une image de ladite surface de bague, - et à analyser l'image afin de déterminer la présence d'un défaut sur la surface de la bague. Selon l'invention: 15. on éclaire à l'aide d'au moins un système d'éclairage apportant en tout point d'une surface englobant la surface de bague, un éclairement quasi-constant selon tout ou partie des incidences comprises dans au moins une partie de l'angle solide 2 zz stéradian, on bloque au moins une partie des rayons lumineux éclairant en dehors de la surface de bague et susceptibles de provoquer des reflets parasites dans l'image de la bague. De manière plus précise, il peut être prévu selon le procédé d'inspection optique, de bloquer les rayons lumineux éclairant, en dehors de la surface de la bague, la partie extérieure de la surface et/ou la partie intérieure de la surface de bague. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif d'éclairage pour un poste apte à déterminer sur une image la présence de défauts sur la surface de la bague d'un récipient transparent ou translucide. Conformément à l'invention, le dispositif d'éclairage comporte: - au moins un système d'éclairage apportant en tout point d'une surface englobant la surface de bague, un éclairement quasi-constant selon tout ou partie des incidences comprises dans au moins une partie de l'angle solide 2 n stéradian, - et des moyens pour bloquer au moins une partie des rayons lumineux éclairant en dehors de la surface de bague et susceptibles de provoquer des reflets parasites dans l'image de la bague. Selon une variante préférée de réalisation, les moyens pour bloquer les rayons lumineux en dehors de la surface de la bague sont réalisés par un masque bloquant les rayons lumineux à la partie extérieure de la surface de bague et/ou par un masque bloquant les rayons lumineux à la partie intérieure de la surface de bague. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le dispositif d'éclairage comporte une plaque transparente anti-reflets servant de support au(x) masque(s). Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le système d'éclairage est réalisé par une source de lumière diffuse et uniforme de forme hémisphérique. Selon une première variante de réalisation, le système d'éclairage comporte un hémisphère d'intégration illuminé par l'intérieur à l'aide d'un anneau de sources lumineuses situées à la base de l'hémisphère. Selon une deuxième variante de réalisation, le système d'éclairage est réalisé par un hémisphère translucide et diffusant éclairé par l'extérieur, par une série de sources lumineuses orientées vers le centre dudit hémisphère. Selon encore une troisième variante de réalisation, le système d'éclairage comporte une source uniforme et diffuse de forme cylindrique et/ou une source uniforme et diffuse de forme annulaire large et/ou une source uniforme et diffuse de forme conique. Il doit être considéré que le système d'éclairage comporte une zone de visée pour une caméra centrée sur l'axe de symétrie du système d'éclairage. Aussi, avantageusement, le dispositif d'éclairage comporte un système d'éclairage complémentaire du système d'éclairage, dans la zone de visée de la caméra, un élément optique étant interposé pour permettre d'une part la réflexion ou la transmission en direction de la surface de bague, de l'éclairement fourni pour le système d'éclairage complémentaire, et d'autre part respectivement la transmission et la réflexion en direction de la caméra, des rayons lumineux réfléchis par la surface de bague. Avantageusement, le dispositif d'éclairage comporte des moyens de commande du système d'éclairage et du système d'éclairage complémentaire permettant de sélectionner le fonctionnement combiné ou individuel des systèmes d'éclairage. Un autre aspect de l'invention est de proposer un poste d'inspection optique pour déterminer la présence de défauts sur la surface de la bague d'un récipient transparent ou translucide. Conformément à l'invention, ce poste comporte: - un dispositif d'éclairage conforme à l'invention, - une caméra placée pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi par la surface de la bague du récipient, - et une unité de traitement et d'analyse reliée à la caméra et adaptée pour analyser l'image obtenue à partir du signal vidéo délivré par la caméra afin de déterminer la présence d'un défaut de surface. 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 de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue en coupe élévation montrant une première variante de réalisation d'un dispositif d'éclairage conforme à l'invention faisant partie d'un poste d'inspection. Les Figures 2 et 3 illustrent deux autres variantes de réalisation d'un dispositif d'éclairage conforme à l'invention. La Figure 4 est un exemple d'une image obtenue conformément à l'invention. La Fig. 1 illustre un dispositif d'éclairage 1 conforme à l'invention pour un poste 2 de détection de défauts de surface susceptibles d'apparaître sur la surface s de la bague 3 d'un récipient transparent ou translucide 4 présentant un axe de symétrie ou de révolution X. De manière classique, un tel poste de détection 2 comporte une caméra matricielle 6 placée pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi par la surface s de la bague 3 du récipient 4. Cette caméra 6 équipée de son objectif est reliée à une unité de traitement et d'analyse 7 adaptée pour former une image à partir du signal vidéo délivré par la caméra. Cette unité de traitement et d'analyse 7 comporte des moyens algorithmique de traitement permettant de déterminer dans l'image la présence ou non d'un défaut de surface tel que par exemple, bavure, bulle, fils, bouillon, crevé, etc. L'unité de traitement et d'analyse 7 ne sera pas décrite plus précisément dans la mesure où elle ne fait pas partie de l'objet de l'invention et fait partie des connaissances de l'homme du métier. Un tel poste de détection 2 comprenant le dispositif d'éclairage 1 selon l'invention permet la mise en oeuvre d'un procédé optique de détection de la présence éventuelle des défauts apparaissant sur la surface de la bague 3. Conformément à l'invention, le dispositif d'éclairage 1 comporte un système d'éclairage 11 apportant en tout point d'une surface S englobant la surface s de la bague 3 du récipient, un éclairement quasi-constant selon tout ou partie des incidences comprises dans au plus l'angle solide 2 Tc stéradian. Il doit être compris que le système d'éclairage 11 est adapté de manière que tout point de la surface S reçoit une illumination uniforme selon plusieurs, voire toutes les directions d'au moins une partie de l'angle solide 2 n stéradian. Cette surface S englobe la surface s de la bague 3 de manière qu'un tel éclairement quasi-constant avec des incidences multiples soit apporté en chaque point de la surface s de la bague 3. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'éclairage 1 comporte des moyens 12 pour bloquer au moins une partie des rayons lumineux éclairant en dehors de la surface s de la bague 3 et susceptibles de provoquer des reflets parasites dans l'image de la bague. En d'autres termes, ces moyens de blocage 12 qui seront décrits plus précisément dans la suite de la description, permettent d'éviter que la caméra 6 reçoive les faisceaux lumineux parasites réfléchis par exemple par les filets de la bague ou les parois ou le fond du récipient. Tel que cela ressort des Fig. 1 et 2, le système d'éclairage 11 est réalisé avantageusement par une source de lumière diffuse et uniforme de forme hémisphérique. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, le système d'éclairage 11 comporte un hémisphère 13 d'intégration illuminé par l'intérieur à l'aide d'un anneau de sources lumineuses 14 situées à la base de l'hémisphère. Ces sources lumineuses 14 telles que des diodes électroluminescentes, des fibres optiques, des lampes à incandescence ou halogène ou toutes autres sources de lumière, sont placées de manière à diriger vers le haut de l'hémisphère 13 leur lumière de sorte que toute la paroi interne de l'hémisphère 13 est éclairée. La paroi interne de l'hémisphère 13 est adaptée en étant par exemple recouverte par un revêtement blanc, en vue de réfléchir avec la même énergie et de manière diffuse, la lumière dans toutes les directions. La lumière réfléchie par la paroi interne de l'hémisphère 13 illumine la surface S qui se présente ainsi sous la forme d'un disque. Chaque point de cette surface S est considéré comme étant éclairé par une source diffuse, homogène et omnidirectionnelle. Cette surface S est située de manière à englober la surface s de la bague 3 du récipient à inspecter. Ainsi, tel que cela ressort de la Fig. 1, la surface s est placée pour s'étendre dans le plan dans lequel se situe la surface d'éclairement S. Il est à noter que le récipient 4 est placé de manière que son axe de symétrie X se trouve placé de manière coaxial par rapport à l'axe de symétrie ou de révolution X' de l'hémisphère 13. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système d'éclairage 11 comporte une zone de visée Z pour la caméra 6, centrée sur l'axe de symétrie X' de l'hémisphère 13. Cette zone de visée Z traverse une ouverture 15 aménagée dans l'hémisphère 13 et centrée sur l'axe X'. La caméra 6 peut ainsi à travers la zone de visée Z, récupérer les faisceaux réfléchis par la surface s de la bague 3. Il est à noter que compte tenu de la présence de l'ouverture 15 dans l'hémisphère 13, chaque point de la surface s ne reçoit pas une illumination provenant de l'angle solide défini par l'ouverture 15. En d'autres termes, chaque point de la surface s reçoit une illumination uniforme selon toutes les directions de l'angle solide 2 n stéradian défini par l'hémisphère, excepté pour l'angle solide défini par l'ouverture 15. Aussi, selon une caractéristique préférée de réalisation, le dispositif d'éclairage 1 comporte un système d'éclairage 20 complémentaire dans la zone de visée Z. Un tel système d'éclairage complémentaire 20 permet ainsi de combler l'absence d'incidence dans l'angle solide défini par l'ouverture 15. La mise en oeuvre combinée des systèmes d'éclairage 11 et 20 permet que chaque point de la surface S reçoive une illumination uniforme selon toutes les directions de l'angle solide défini par l'hémisphère 13, égal sensiblement à 2 t stéradian. Bien entendu, le système d'éclairage complémentaire 20 comporte un élément optique 21 permettant de séparer les faisceaux réfléchis par la surface de la bague 3 et le faisceau lumineux créé par le système d'éclairage complémentaire 20. Par exemple, un tel élément optique 21 peut être réalisé par un miroir semi-réfléchissant ou un séparateur de faisceaux. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, l'élément optique 21 permet d'une part, d'assurer la transmission des rayons lumineux réfléchis par la surface de la bague, en direction de la caméra 6 qui est placée coaxialement à l'axe X' de l'hémisphère 13 et d'autre part, la réflexion en direction de l'intérieur de l'hémisphère 13, de l'éclairement fourni par le système d'éclairage complémentaire 20. Par exemple, le système d'éclairage complémentaire 20 est constitué par une source diffuse plane et homogène réalisée par une série par exemple de diodes électroluminescentes 24 disposées dans un plan et devant lesquels est placé un écran 25 diffuseur en transmission. Bien entendu, il peut être prévu d'inverser la position relative entre le système d'éclairage complémentaire 20 et la caméra 6. Ainsi, tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 2, le système d'éclairage complémentaire 20 est disposé de manière coaxiale à l'axe de symétrie X' de l'hémisphère 13 tandis que l'axe de visée Z de la caméra 6 est situé perpendiculairement à l'axe de symétrie X'. Selon cet exemple de réalisation, l'élément optique 21 permet d'une part la transmission de l'éclairement vers l'intérieur de l'hémisphère 13, et d'autre part la réflexion en direction de la caméra 6, des rayons réfléchis provenant de la surface s de la bague 3. Dans les exemples illustrés aux Fig. 1 et 2, les moyens de blocage 12 sont réalisés par un masque 121 bloquant en dehors de la surface s de la bague 3, les rayons lumineux situés à la partie extérieure de la surface s de la bague 3 et/ou par un masque 122 bloquant les rayons lumineux à la partie intérieure de la surface s de la bague. A cet effet, il doit être considéré que la surface s de bague présente une forme annulaire comme illustré à la Fig. 4. Aussi, le masque 122 présente une forme de disque de diamètre inférieur au diamètre interne de la bague 3 de manière à bloquer les rayons lumineux passant au centre de la bague c'est-à-dire entrant à l'intérieur du récipient. Le masque 121 se présente sous la forme d'un anneau dont le diamètre interne est supérieur au diamètre externe de la bague 3. Le masque 121 présente de préférence un diamètre externe sensiblement égal au diamètre de l'hémisphère de manière à bloquer tous les rayons lumineux situés à l'extérieur de la surface de bague. Selon une variante de réalisation, les masques 121 et 122 sont portés par une plaque transparente anti-reflets 30 montée sensiblement à la base de l'hémisphère 13. Les masques 121 et 122 qui présentent bien entendu un caractère opaque peuvent constituer des éléments interchangeables de diamètres différents s'adaptant aux dimensions des bagues des récipients. De plus, le masque 121 peut être réalisé par un diaphragme à iris. La mise en oeuvre du dispositif d'éclairage 1 conforme à l'invention dans un poste d'inspection 2 découle directement de la description qui précède. Pour déterminer la présence de défauts sur la surface s d'un récipient 4, le procédé consiste à éclairer à l'aide d'au moins un système d'éclairage 11 et/ou 20 apportant en tout point d'une surface S englobant la surface s de la bague, un éclairement quasi-constant selon tout ou partie des incidences comprises dans l'angle solide au plus égal 2 Tt stéradian. Le procédé vise aussi à bloquer au moins une partie des rayons lumineux éclairant en dehors de la surface s de la bague 3 et susceptibles de provoquer des reflets parasites dans l'image de la bague. A cet égard, il peut être choisi de bloquer en dehors de la surface s de bague les rayons lumineux éclairants, soit la partie extérieure de la surface s de la bague, soit la partie intérieure de la surface s de la bague, soit les parties intérieure et extérieure de la surface s de la bague. Les rayons lumineux réfléchis par la surface s de bague sont récupérés par la caméra 6 qui forment une image I qui est ensuite traitée pour déterminer des défauts de surface. Tel que cela ressort de la Fig. 4, l'unité de traitement et d'analyse 7 comporte des moyens pour déterminer les défauts de surface D apparaissant noirs ou blancs tels que des excès ou des manques de matière, des ébréchures, des bulles, des bouillons de surface, des fils, etc. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, le système d'éclairage 11 est constitué par une source de lumière diffuse et uniforme de forme hémisphérique, réalisé par un hémisphère 13 à la base duquel est placée une série de sources lumineuses 14. La Fig. 2 illustre un autre exemple de réalisation d'un système d'éclairage 11 conforme à l'invention réalisé par un hémisphère translucide et diffusant 30 éclairé par l'extérieur, par une série de sources lumineuses 31 orientées vers le centre dudit hémisphère. La Fig. 3 illustre une autre variante de réalisation d'un système d'éclairage 11 conforme à l'invention comportant: - une source uniforme et diffuse de forme cylindrique 40 constituée par un cylindre translucide et diffusant 41 éclairé par l'extérieur, par une série de sources lumineuses 42, - et/ou une source uniforme et diffuse de forme annulaire large 45 centrée sur l'axe X du récipient 4 et constituée par une plaque translucide et diffusante 46 éclairée par l'extérieur, par une série de sources lumineuses 47, - et/ou une source uniforme et diffuse de forme conique 48 comportant une plaque conique translucide et diffusante 49 éclairée par l'extérieur, par une série de sources lumineuses 50. Il doit être considéré que le système d'éclairage 11 selon l'invention est réalisé par l'une et/ou l'autre des sources uniformes et diffuses 40, 45, 48. Ces sources uniformes et diffuses 40, 45, 48 sont commandées individuellement ou en combinaison en fonction de l'inspection souhaitée. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 2877724 la REVENDICATIONS 1 - Procédé d'inspection optique pour déterminer la présence de défauts sur la surface (s) de la bague (3) d'un récipient Î4) transparent ou translucide, le procédé comportant les étapes suivantes: - éclairer au moins la surface de la bague (s) du récipient (4) à l'aide d'un système d'éclairage, - à former une image de ladite surface de bague, - et à analyser l'image afin de déterminer la présence d'un défaut sur la surface de la bague, caractérisé en ce: 10. qu'on éclaire à l'aide d'au moins un système d'éclairage (11, 20) apportant en tout point d'une surface englobant la surface (s) de la bague (3), un éclairement quasi-constant selon tout ou partie des incidences comprises dans au moins une partie de l'angle solide 2 n stéradian, qu'on bloque au moins une partie des rayons lumineux éclairant en dehors de la surface (s) de la bague (3) et susceptibles de provoquer des reflets parasites dans l'image de la bague. 2 - Procédé d'inspection optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on bloque les rayons lumineux éclairant, en dehors de la surface (s) de la bague (3), la partie extérieure de la surface (s) et/ou. la partie intérieure de la surface (s) de bague. 3 - Dispositif d'éclairage pour un poste (2) apte à déterminer sur une image, la présence de défauts sur la surface (s) de la bague d'un récipient (4) transparent ou translucide caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins un système d'éclairage (11, 20) apportant en tout point d'une surface englobant la surface (s) de bague, un éclairement quasi-constant selon tout ou partie des incidences comprises dans au moins une partie de l'angle solide 2 n stéradian, - et des moyens (12) pour bloquer au moins une partie des rayons lumineux éclairant en dehors de la surface (s) de bague (3) et susceptibles de provoquer des reflets parasites dans l'image de la bague. 4 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (12) pour bloquer les rayons lumineux en dehors de la surface de la bague sont réalisés par un masque (121) bloquant les rayons lumineux à la partie extérieure de la surface (s) de bague et/ou par un masque (122) bloquant les rayons lumineux à la partie intérieure de la surface de bague. - Dispositif d'éclairage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque transparente anti-reflets (30) servant de support au(x) masque(s) (121, 122). 6 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système d'éclairage (11) est réalisé par une source de lumière diffuse et uniforme de forme hémisphérique. 7 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'éclairage (11) comporte un hémisphère (13) d'intégration illuminé par l'intérieur à l'aide d'un anneau de sources lumineuses (14) situées à la base de l'hémisphère. 8 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'éclairage (11) est réalisé par un hémisphère translucide et diffusant (30) éclairé par l'extérieur, par une série de sources lumineuses (31) orientées vers le centre dudit hémisphère. 9 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système d'éclairage (11) comporte au moins une source uniforme et diffuse de forme cylindrique (40) et/ou une source uniforme et diffuse de forme annulaire large (45) et/ou une source uniforme et diffuse de forme conique (48). - Dispositif d'éclairage selon l'une des revendications 3 et 6 à 9, caractérisé en ce que le système d'éclairage (11) comporte une zone de visée (Z) pour une caméra (6) centrée sur l'axe de symétrie du système d'éclairage. 11 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'éclairage (20) complémentaire du système d'éclairage (11), dans la zone de visée (Z) de la caméra, un élément optique (21) étant interposé pour permettre d'une part la réflexion ou la transmission en direction de la surface (s) de bague, de l'éclairement fourni pour le système d'éclairage complémentaire (20), et d'autre part respectivement la transmission et la réflexion en direction de la caméra (6), des rayons lumineux réfléchis par la surface (s) de bague. 12 - Dispositif d'éclairage selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande du système d'éclairage (11) et du système d'éclairage complémentaire (20) permettant de sélectionner le fonctionnement combiné ou individuel des systèmes d'éclairage (11, 20, 40, 45, 48). 13 - Poste d'inspection optique pour déterminer la présence de défauts sur la surface de la bague d'un récipient (4) transparent ou translucide caractérisé en ce qu'il comporte: - un dispositif d'éclairage (1) conforme à l'une des revendications 3 à 12, - une caméra (6) placée pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi par la surface (s) de la bague du récipient, - et une unité de traitement et d'analyse (7) reliée à la caméra (6) et adaptée pour analyser l'image obtenue à partir du signal vidéo délivré par la caméra afin de déterminer la présence d'un défaut de surface.