Brevet FR2908514A1 — publié le 20080516

La présente invention a trait à un procédé de contrôle de la qualité d'une pièce. L'invention a également trait à une installation de contrôle de la qualité de pièces, comprenant au moins une source de lumière, au moins un capteur et une unité de calcul reliée à ce capteur. Dans le domaine automobile, il est nécessaire de contrôler la qualité et l'intégrité de pièces embouties de véhicules, préalablement à leur montage sur un véhicule. En effet, des défauts peuvent apparaître sur ces pièces lors de leur mise en forme par emboutissage, ces défauts étant susceptibles d'influer sur la fonctionnalité et la durée de vie de ces pièces. La détection de défauts sur ces pièces dès la sortie des lignes d'emboutissage est un enjeu majeur afin de limiter la reproductibilité des défauts d'une pièce à une autre et le nombre de pièces à mettre au rebut. La mise en place d'un contrôle automatique de la qualité des pièces en sortie de ligne d'emboutissage permet d'améliorer la maîtrise des procédés de production de ces pièces et de limiter leur coût de fabrication. Il est connu de contrôler la qualité d'une pièce par une méthode optique, en éclairant la surface de cette pièce et en capturant des images de la surface éclairée à l'aide d'une caméra. Cependant, les techniques actuelles ne permettent pas de détecter l'ensemble des défauts d'une pièce en sortie de ligne d'emboutissage. En particulier, il n'est pas possible de détecter à la fois des défauts débouchants, tels que par exemple des trous de soudure laser résultant du raboutage de pièces, et des défauts non débouchants, tels que des allongements de matière excessifs. De plus, la diversité des pièces utilisées dans le domaine automobile, en terme de géométrie ou de nuance notamment, nécessite une technique de contrôle qualité 2908514 2 transposable à tout type de pièces, ce qui n'est pas le cas des techniques classiques de contrôle qualité. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un 5 procédé et une installation de contrôle de la qualité de pièces qui permettent la détection à la fois de défauts débouchants et non débouchants et qui sont adaptables à tout type de pièces. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de 10 contrôle de la qualité d'une pièce, cette pièce comportant au moins une paroi à contrôler, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque section de la paroi à contrôler, des étapes dans lesquelles : - on projette une ligne de lumière selon la section de 15 la paroi à contrôler - on mesure la position de points de la ligne de lumière de manière à obtenir un signal représentatif du profil de la section - on détermine un ajustement polynomial d'ordre keN* 20 du signal et un ajustement polynomial d'ordre lets*, 1 > k, du signal ; -on calcule la surface définie entre les courbes d'ajustement polynomial d'ordres k et 1 ; - on compare la surface à un seuil prédéterminé de 25 détection de défauts - si la surface est supérieure au seuil de détection de défauts, on indique la présence d'un défaut sur la section. Selon d'autres caractéristiques avantageuses d'un 30 procédé de contrôle conforme à l'invention : - Les ajustements polynomiaux sont respectivement d'ordre k = 2 et 1 = 4. 2908514 3 - Préalablement à la détermination des ajustements polynomiaux d'ordres k et 1 du signal, il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - on détermine un ajustement polynomial d'ordre met 5 du signal ; - on calcule l'écart-type du signal ; - on réalise un filtrage du signal en éliminant les parties du signal qui ne sont pas comprises dans une bande centrée sur la courbe d'ajustement polynomial d'ordre meN* 10 du signal et de largeur proportionnelle à l'écart-type du signal et à un facteur expérimental de qualité de mesure. - Préalablement à la détermination des ajustements polynomiaux d'ordres k et 1 du signal, il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : 15 - on découpe le signal en segments de signal associés chacun à un intervalle de points de la section ; - pour chaque segment de signal, on détermine un segment de signal normalisé obtenu par ajustement du signal dans une gamme prédéterminée. 20 - Pour chaque segment de signal, le segment de signal normalisé correspondant est obtenu par ajustement du segment de signal entre 0 et 1 et le seuil de détection de défauts est réglé à 1. - Il comprend des étapes supplémentaires dans 25 lesquelles : -pour chaque segment de signal normalisé, on détermine l'erreur quadratique d'ordre k associée à l'ajustement polynomial d'ordre k du signal et l'erreur quadratique d'ordre 1 associée à l'ajustement polynomial 30 d'ordre 1 du signal ; - pour chaque segment de signal normalisé, on calcule la différence des erreurs quadratiques d'ordres k et 1 ; - si la surface pour un segment de signal normalisé donné est supérieure au seuil de détection de défauts et la 2908514 4 différence des erreurs quadratiques pour ce segment de signal normalisé donné est le maximum des différences des erreurs quadratiques, on indique la présence d'un défaut sur l'intervalle de points de la section correspondant à ce 5 segment de signal normalisé donné. - Il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - pour chaque segment de signal normalisé pour lequel la surface est supérieure au seuil de détection de défauts 19 et la différence des erreurs quadratiques est le maximum des différences des erreurs quadratiques, on calcule le produit ni de la surface et de la différence des erreurs quadratiques ; - on sélectionne le segment de signal normalisé 15 Sgnor(x) pour lequel le produit 7tg est le maximum des produits (ni) o k, de Sg(x) ; on calcule une grandeur Q(x) définie par la relation Q(x) = SOk(x) - SOl(x) et la moyenne de Q(x) ; - on estime la hauteur maximale d'un défaut repéré sur la section comme étant le maximum de Q(x) supérieur à 25 la moyenne de Q(x). - Il comprend ces étapes supplémentaires dans lesquelles : - pour chaque segment de signal normalisé pour lequel la surface est supérieure au seuil de détection de défauts, 30 on calcule une grandeur fDi(x)dx qui est fonction de la différence suivante : f (Sinor(x) - POli(x))dx 2908514 5 - on sélectionne le segment de signal Sg(x) pour lequel la grandeur JDg(x)dx est maximale ; - on positionne un défaut débouchant au niveau de l'intervalle de points de la section correspondant au 5 segment de signal Sg(x). L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour la mise en œuvre d'un procédé de contrôle tel que décrit ci-dessus, lorsque ces instructions sont exécutées 10 par une unité de calcul électronique. Enfin, l'invention a pour objet une installation de contrôle de la qualité de pièces, comprenant au moins une source de lumière, au moins un capteur et une unité de calcul électronique apte à recevoir des données de ce 15 capteur, l'une au moins des sources de lumière étant équipée d'un dispositif optique apte à canaliser la lumière projetée sur la pièce en une ligne de lumière, cette installation comprenant un support d'enregistrement d'informations tel que décrit ci-dessus et l'unité de 20 calcul électronique étant apte à exécuter les instructions précitées. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un procédé et d'une installation selon 25 l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'une installation conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective et à 30 plus grande échelle du détail II de la figure 1 ; - la figure 3 est une représentation schématique du détail III de la figure 2, lors d'une première phase de contrôle de la qualité d'une pièce ; 2908514 6 la figure 4 est une représentation schématique analogue à la figure 3, lors d'une deuxième phase de contrôle de la qualité d'une pièce ; - la figure 5 est une coupe partielle à plus 5 grande échelle selon la ligne V-V de la figure 4 ; - la figure 6 est un diagramme synoptique de l'algorithme utilisé pour '_a détection de défauts lors de la deuxième phase de contrôle de la qualité d'une pièce ; - la figure 7 est une représentation schématique 10 d'étapes de segmentation et de normalisation de l'algorithme de la figure 6 ; - la figure 8 est une représentation schématique d'une étape de filtrage de l'algorithme de la figure 6 ; la figure 9 est un diagramme synoptique de 15 l'algorithme utilisé pour la localisation de défauts lors de la deuxième phase de contrôle de la qualité d'une pièce ; et - la figure 10 est un diagramme synoptique de l'algorithme utilisé pour la quantification de défauts lors 20 de la deuxième phase de contrôle de la qualité d'une pièce. L'installation 1 représentée à la figure 1 est conçue pour contrôler la qualité de pièces embouties 2 destinées à être montées sur des véhicules automobiles. L'installation 1 est prévue directement en sortie de ligne d'emboutissage 25 des pièces 2, les pièces 2 étant amenées dans l'installation 1 par un convoyeur 3 disposé en sortie de la presse d'emboutissage. L'installation 1 comprend plusieurs robots 7 de contrôle des pièces 2, programmés chacun pour contrôler des 30 parois 21 critiques des pièces 2 susceptibles de présenter des défauts. Ces parois 21 critiques des pièces 2 sont identifiées préalablement au contrôle qualité, par simulation numérique des opérations d'emboutissage sur les pièces 2. 2908514 7 Les pièces 2 sont déplacées d'un robot de contrôle 7 à un autre sur un convoyeur 5, prévu pour positionner chaque paroi 21 à contrôler d'une pièce 2 en regard d'un dispositif de contrôle du robot 7 correspondant. Le 5 convoyeur 5 est équipé de supports 51 destinés à recevoir les pièces 2 et à assurer leur positionnement de manière reproductible. Le transfert des pièces 2 du convoyeur d'amenée 3 vers le convoyeur de contrôle 5 est assuré par un robot manipulateur 4 apte à saisir des pièces 2 sur le 10 convoyeur 3 et à les positionner sur les supports 51 du convoyeur 5. Comme visible aux figures 2 à 4, des sources lumineuses 6 sont situées au-dessous du convoyeur 5, à l'aplomb de chaque robot de contrôle 7. Le convoyeur 5 est 15 prévu pour permettre la transmission d'un faisceau lumineux F provenant des sources 6, de manière à éclairer la face inférieure 21A de chaque paroi 21 à contrôler par le robot 7 correspondant. Le faisceau F émis par les sources 6 peut être de tout type approprié, en particulier un faisceau 20 laser ou un faisceau de lumière blanche. Chaque robot de contrôle 7 comprend un socle 71 sur lequel est monté à pivotement un bras 73 articulé. Le bras 73 est doté de six degrés de liberté permettant de garantir un positionnement précis et fiable d'une tête de contrôle 25 75 du robot 7, fixée sur le bras 73, par rapport aux parois 21 à contrôler par ce robot 7. Chaque robot 7 est programmé pour contrôler une ou plusieurs parois 21 critiques des pièces 2 en amenant un dispositif de contrôle 751 porté par la tête 75 successivement en regard des différentes parois 30 21 à contrôler. Ainsi, chaque robot 7 est programmé pour déplacer son dispositif de contrôle 751 selon une trajectoire prédéterminée, représentée par les flèches T à la figure 2. 2908514 8 Le dispositif de contrôle 751 comprend une caméra optique 9 et une source lumineuse 8 associée à un dispositif optique 81. La source lumineuse 8 émet tout type de lumière appropriée, en particulier un faisceau laser ou de la lumière blanche. Le dispositif optique 81 est prévu pour canaliser la lumière émise par la source lumineuse 8 en une ligne de lumière L. La source lumineuse 8 et la caméra 9 sont positionnées l'une par rapport à l'autre de telle sorte que la ligne de visée de la source 8 et la 10 ligne de visée de la caméra 9 soient sécantes, comme montré à la figure 4. En particulier, l'angle a défini entre la ligne de visée de la source 8 et la ligne de visée de la caméra 9 est avantageusement compris entre environ 10 et 170 , de préférence entre environ 45 et 135 . La caméra 9 15 est reliée à une unité de calcul 10 de type électronique ou informatique, destinée à traiter les données captées par la caméra 9. Un procédé de contrôle de la qualité d'une pièce 2 dans l'installation 1 comprend tout d'abord une étape dans 20 laquelle on transfère tout d'abord la pièce 2 du convoyeur 3 d'amenée des pièces vers le convoyeur 5 de contrôle au moyen du robot 4, comme montré par la flèche F1 de la figure 1. Le robot 4 place la pièce 2 à contrôler sur un support 51 du convoyeur 5. 25 La pièce 2 est ensuite déplacée par le convoyeur 5 jusqu'à une zone de contrôle d'un premier robot de contrôle 7, comme montré par la flèche F2 de la figure 1. le convoyeur 5 immobilise alors la pièce 2 et le premier robot de contrôle 7 déplace son dispositif de contrôle 751 selon 30 la trajectoire T prédéfinie, afin de contrôler chaque paroi 21 critique de la pièce 2 prise en charge par ce premier robot de contrôle 7. Pour chaque paroi 21 à contrôler, un procédé de contrôle de cette paroi 21 comprend deux phases 2908514 9 principales, un schéma de principe de chaque phase étant représenté aux figures 3 et 4. Dans la première phase de contrôle représentée à la figure 3, la source lumineuse 8 est inactivée. La caméra 9 est utilisée avec un champ de vision large pour capturer des images de la face supérieure 21B de la paroi 21 et détecter ainsi la transmission éventuelle, du côté de la face supérieure 21B, de lumière provenant du faisceau F émis par les sources 6 disposées en regard de la face 10 inférieure 21A. Cette première étape permet le repérage par rétro-éclairage de trous débouchants 23 éventuellement présents sur la paroi 21. Pour cette analyse à champ de vision large, la caméra 9 est positionnée à une distance D de l'ordre de 300 mm par rapport à la face supérieure 21B 15 de la paroi 21 contrôlée. Dans cette première phase de contrôle, le dispositif de contrôle 751 peut être fixe ou mobile par rapport à la paroi 21 contrôlée, selon que le champ de vision de la caméra 9 est suffisamment ou insuffisamment large pour 20 couvrir la totalité de la surface de la face 21B. Les données captées par la caméra 9 sont traitées par l'unité de calcul 10. Il est ainsi possible non seulement de déterminer la position et la dimension de trous débouchants 23 présents sur la paroi 21, mais également, moyennant la 25 mise en place de moyens de traitement adaptés, de qualifier l'aspect de ces défauts débouchants. Dans la deuxième phase de contrôle représentée à la figure 4, la source lumineuse 8 est activée, de manière à projeter et à déplacer sur la face supérieure 21B de la 30 paroi 21 une ligne de lumière L. La caméra 9 est alors utilisée avec un champ de vision réduit pour capturer des images de la paroi supérieure 21B. Dans cette deuxième phase de contrôle, la caméra 9 est prévue pour mesurer à la fois la position de la ligne de lumière L sur la face 21B 2908514 10 et la transmission éventuelle du côté de cette face 21B de lumière provenant du faisceau F issu des sources inférieures 6. Pour cette analyse à champ de vision réduit, la caméra 9 est positionnée à une distance d de l'ordre de 5 60 mm par rapport à la face supérieure 21B de la paroi 21 contrôlée. Dans cette deuxième phase de contrôle, le dispositif de contrôle 751 est mobile par rapport à la paroi 21 contrôlée, de façon à déplacer la ligne de lumière L et à 10 capturer des images de cette ligne L sur toute la surface de la face supérieure 21B de la paroi 21 contrôlée, c'est-à-dire selon chaque section 6 de cette paroi 21. Les données captées par la caméra 9 sont traitées par l'unité de calcul 10. Cette deuxième phase de contrôle permet ainsi 15 de détecter à la fois des défauts débouchants 23 de la paroi 21 contrôlée, avec une résolution supérieure à celle de la première phase de contrôle, et des défauts non débouchants 25 présents sur la face supérieure 21B de la paroi 21 contrôlée. 20 Plus spécifiquement, cette deuxième phase de contrôle comprend, pour chaque section 6 de la paroi 21 contrôlée, des étapes dans lesquelles : Tout d'abord, on projette la ligne de lumière L sur la face supérieure 21B de la paroi 21, selon la section 6 25 considérée. On mesure alors, à l'aide de la caméra 9, la position (x ; zj) , (PolyO4i (x) + k) Spi(x) = PolyO4i (x) si Sinor (x) REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la qualité d'une pièce (2), cette pièce comportant au moins une paroi (21) à contrôler, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque section (a) de la paroi (21) à contrôler, des étapes dans lesquelles : on projette une ligne de lumière (L) selon la section ((y) de la paroi (21) à contrôler ; 10 - on mesure la position ( (xi ; zi) 1 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que les ajustements polynomiaux sont respectivement d'ordre k = 2 et 1 = 4. 3. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement à la détermination des ajustements 30 polynomiaux d'ordres k et 1 du signal (Si(x)), il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - on détermine un ajustement polynomial (PolyOmi(x)) d'ordre mets* du signal (Si(x)) ; 2908514 21 on calcule l'écart-type (8inor) du signal (Si(x)) ; - on réalise un filtrage (Spi(x)) du signal (Si(x)) en éliminant les parties du signal qui ne sont pas comprises dans une bande centrée sur la courbe d'ajustement polynomial (PolyOmi(x)) d'ordre mets* du signal et de largeur proportionnelle à l'écart-type (8inor) du signal et à un facteur expérimental (alpha) de qualité de mesure. 4. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, 10 préalablement à la détermination des ajustements polynomiaux d'ordres k et 1 du signal (f(x)), il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - on découpe le signal (f(x)) en segments de signal ( (Si (x)) o 5. Procédé de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour chaque segment de signal (Si(x)), le segment de signal normalisé (Sinor(x)) correspondant est obtenu par ajustement du segment de signal (Si(x)) entre 0 et 1 et en ce que le seuil (S) de 25 détection de défauts (23, 25) est réglé à 1. 6. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - pour chaque segment de signal normalisé (Sinor(x)), 3C) on détermine l'erreur quadratique (EROki) d'ordre k associée à l'ajustement polynomial (POki(x)) d'ordre k du signal et l'erreur quadratique (ERO1i) d'ordre 1 associée à l'ajustement polynomial (POli(x)) d'ordre 1 du signal ; 2908514 22 - pour chaque segment de signal normalisé (Sinor(x)), on calcule la différence (EROi) des erreurs quadratiques d'ordres k et 1 ; -si la surface (Ai) pour un segment de signal normalisé (Sinor(x)) donné est supérieure au seuil (S) de détection de défauts (23, 25) et la différence (EROi) des erreurs quadratiques pour ce segment de signal normalisé (Sinor(x)) donné est le maximum des différences ( (EROj) 0 7. Procédé de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - pour chaque segment de signal normalisé (Sinor(x)) pour lequel la surface (Ai) est supérieure au seuil (S) de détection de défauts (23, 25) et la différence (EROi) des erreurs quadratiques est le maximum des différences ( (EROj) o k, de Sg(x) ; - on calcule une grandeur Q(x) définie par la relation Q(x) = SOk(x) - SOl (x) et la moyenne (Qmoy) de Q(x) ; 2908514 23 - on estime la hauteur maximale d'un défaut repéré sur la section (6) comme étant le maximum de Q(x) supérieur à la moyenne (Qmoy) de Q (x) . 8. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des 5 revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes supplémentaires dans lesquelles : - pour chaque segment de signal normalisé (Sinor(x)) pour lequel la surface (Ai) est supérieure au seuil (S) de détection de défauts (23, 25), on calcule une grandeur 10 f Di(x)dx qui est fonction de la différence suivante : f (Sinor(x) - POli(x))dx on sélectionne le segment de signal Sg(x) pour lequel la grandeur f Dg(x)dx est maximale ; - on positionne un défaut débouchant (23) au niveau de 15 l'intervalle (Ig) de points de la section (6) correspondant au segment de signal Sg(x). 9. Support (11) d'enregistrement d'informations, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé de contrôle selon l'une 20 quelconque des revendications précédentes, lorsque ces instructions sont exécutées par une unité de calcul électronique (10). 10. Installation (1) de contrôle de la qualité de pièces (2), comprenant au moins une source de lumière (6, 25 8), au moins un capteur (9) et une unité de calcul électronique (10) apte à recevoir des données de ce capteur, l'une au moins des sources de lumière (8) étant équipée d'un dispositif optique (81) apte à canaliser la lumière projetée sur la pièce (2) en une ligne de lumière 30 (L), caractérisée en ce qu'elle comprend un support (11) d'enregistrement d'informations selon la revendication 9 et 2908514 24 en ce que l'unité de calcul (10) est apte à exécuter les instructions.