Brevet FR2960980A1 — publié le 20111209

Installation de contrôle optique et procédé de diagnostic ou de mesure utilisant une telle installation. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne une installation de contrôle optique pour des pièces à contrôler, en particulier mais non exclusivement des pièces d'horlogerie. Elle concerne également un procédé de diagnostic ou de mesure mis en oeuvre sur une telle installation. TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le cadre de la production horlogère de qualité, il est utile de contrôler à des étapes intermédiaires que des sous-ensembles sont conformes aux exigences. Parmi ses sous-ensembles, on trouve des platines munies de rubis sur lesquels seront montés des éléments du mécanisme. Les rubis sont taillés en forme de disques percés et comportent sur l'une des faces une cuvette. Ils sont logés en force dans un épaulement de la platine. Différents défauts peuvent se constater : l'absence du rubis, son montage inversé, une cassure ou une fêlure du rubis. Dans le montage inversé, la cuvette n'est pas orientée vers la face attendue. D'autres pièces d'horlogerie peuvent faire l'objet de contrôle. Par exemple, les roues dentées doivent avoir des caractéristiques dimensionnelles à l'intérieur de zones de tolérance. La vérification de telles caractéristiques, comme le nombre de dents, leur dimension, le diamètre primitif, de tête ou de pied, ainsi que l'excentricité, par des moyens géométriques est fastidieuse. On connaît déjà des installations de contrôle optique sur lesquelles des opérations de contrôle optique sont menées. Des pièces sont placées devant l'objectif d'un appareil de prise de vue tel qu'un appareil photo ou 2 une caméra vidéo. Cependant, de telles installations ne sont pas adaptées au contrôle des pièces de petites dimensions telles que des pièces d'horlogerie. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention vise à fournir une installation de contrôle optique permettant de nombreux contrôles à la fois qualitatifs et quantitatifs, en particulier pour des pièces d'horlogerie. Elle vise également à fournir un procédé de contrôle ou de mesure mis en oeuvre par cette installation. EXPOSÉ DE L'INVENTION Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une installation de contrôle optique comportant un support de pièces à contrôler, un appareil de prise de vue dont l'axe de prise de vue est orienté vers le support, et un dispositif d'éclairage pour éclairer les pièces sur le support, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage comporte une surface lumineuse de forme sensiblement cylindrique centrée sur l'axe de prise de vue. Avec un éclairage de cette forme, les pièces de forme circulaire sont éclairées avec la même intensité et la même incidence de lumière, quel que soit la position angulaire du point observé le long de la forme circulaire. L'éclairage n'introduit donc pas de variation d'intensité lumineuse réfléchie par la pièce le long de sa périphérie, ce qui permet une détection facilitée des défauts susceptibles d'exister le long de la périphérie. De même, pour des roues dentées, aucune aberration ne sera introduite par l'éclairage sur les caractéristiques dimensionnelles des dents. De manière complémentaire, le dispositif d'éclairage comporte en outre une surface d'éclairage arrière située au-delà du support par rapport à l'appareil de prise de vue. On peut ainsi observer les 3 zones découpées dans les pièces observées qui se caractérisent par les mêmes caractéristiques lumineuses que celles de la surface d'éclairage arrière. On peut ainsi facilement délimiter ces zones découpées et les comparer avec les caractéristiques attendues de ces zones. Selon une disposition pratique, le support est monté coulissant pour permettre le chargement des pièces. Le chargement des pièces est ainsi déporté de la zone d'observation, ce qui laisse un espace plus dégagé pour cette opération de chargement sur le support coulissant. Préférentiellement, le support a une surface de nature absorbant le rayonnement lumineux émis par le dispositif d'éclairage pour éviter les réflexions lumineuses. L'observation de la pièce n'est ainsi faite que sur la lumière réfléchie par la pièce à observer. L'absorption peut être totale, avec un support noir, ou limité à certaines couleurs émises par la source d'éclairage. On peut également utiliser les propriétés de non réflexion d'une lumière polarisée. Selon une disposition particulière, l'installation comporte une unité de traitement pour effectuer un diagnostic à partir d'une image reçue depuis l'appareil de prise de vue. L'installation est ainsi apte, de manière automatique, à acquérir une image de la pièce à observer, de la traiter pour en déduire des caractéristiques de la pièce, et à comparer ces caractéristiques à des valeurs tolérées pour en déduire un diagnostic concernant la pièce observée. L'invention a aussi pour objet un procédé de diagnostic mis en oeuvre par une installation telle que décrite précédemment, selon lequel on place au moins une pièce à contrôler sur le support, on effectue l'analyse d'une image acquise par l'appareil de prise de vue, et on en déduit un diagnostic de contrôle pour la pièce à contrôler. 4 Par exemple, on détermine un critère d'absence d'élément en observant une zone prédéterminée, l'élément étant considéré comme absent si ladite zone à observer a des caractéristiques de lumière similaires à celle émise par la surface arrière. Des caractéristiques de lumière reçue similaires à celle émise par la surface arrière indiquent que la zone à observer est en vision directe avec la surface d'éclairage arrière. En surveillant une zone qui est normalement occupée par un élément et qui en l'absence de l'élément est en vue directe de la surface d'éclairage arrière, on peut diagnostiquer facilement la présence ou l'absence de l'élément. Selon un autre exemple, on détermine un critère d'élément retourné en observant une zone annulaire prédéterminée, l'élément étant considéré comme retourné si ladite zone à observer est sombre. Si on considère que l'élément est un rubis tel que décrit précédemment, les rayons lumineux incidents provenant de la zone d'éclairage cylindrique se réfléchissent dans la cuvette et sont renvoyés vers l'appareil de prise de vue. La cuvette doit alors apparaître sous la forme d'une couronne lumineuse sur l'image. Par contre, si la cuvette est inversée et non visible depuis l'appareil de prise de vue, la lumière réfléchie sur la surface plane opposée à la cuvette prendra une direction inclinée par rapport à l'axe de l'appareil de prise de vue. La zone correspondant à la cuvette sera donc sombre. On pourra considérer que si la zone annulaire où devrait se voir la cuvette est sombre, alors le rubis est inversé. Dans un autre exemple encore, on détermine un critère d'élément cassé en observant une zone annulaire prédéterminée, l'élément étant considéré comme cassé si la caractéristique de lumière de ladite zone à observer est discontinue. En considérant un rubis percé, qui doit avoir une forme annulaire régulière, et donc doit apparaître sous une image annulaire régulière, un défaut tel qu'une cassure ou une fêlure se traduit par une réflexion anormale locale ou une transmission modifiée à l'endroit du défaut. On observe alors une variation locale des caractéristiques lumineuses par rapport au 5 reste de la zone annulaire observée. Une discontinuité dans la zone annulaire traduit donc un défaut du rubis. Selon un procédé général, on observe au moins une caractéristique de la lumière dans une zone prédéterminée, on détermine un critère de détermination si la caractéristique est supérieure ou inférieure à un seuil prédéterminé. Les conditions d'éclairage étant prédéterminées, une variation dans la lumière observée par rapport à une référence traduit un écart sur la réalisation de la pièce par rapport à ce qui est attendu. Pour connaître le niveau attendu, on présente par exemple au moins une pièce de référence répondant au critère de détermination sur le support, on délimite une zone à contrôler et on échantillonne les caractéristiques de la lumière dans la zone à contrôler comme référence mémorisée de ce critère de détermination, et on considère qu'une pièce à contrôler ne répond pas au critère de détermination si les caractéristiques de lumière s'écartent d'une proportion prédéterminée de celles de référence mémorisée. Le critère de détermination peut être un critère de pièce conforme ou un critère de défaut identifié. Pour que les critères soient plus robustes, on peut échantillonner plusieurs pièces de référence répondant à au même critère de détermination et on mémorise la caractéristique moyenne de lumière de la zone à contrôler comme valeur de référence. L'invention a aussi pour objet un procédé de mesure mis en oeuvre par une installation telle que décrite précédemment, selon lequel on place au moins une roue dentée à contrôler sur le support, on effectue l'analyse d'une image acquise par l'appareil de prise de vue, et on en déduit des mesures pour la roue dentée à contrôler. On détermine par exemple un centre de rotation de la roue et on mesure le rayon de la roue en fonction de la position angulaire par rapport au centre de rotation pour en déduire la valeur d'une excentricité. Le centre de rotation est déterminé par l'observation d'un cercle ou d'un disque central correspondant à un palier ou un tourillon. L'excentricité est dans ce cas donnée par la moitié de l'écart maximal sur les rayons mesurés. Dans un autre exemple, on détermine au moins une caractéristique de la roue parmi le nombre de dents, la présence des dents, la dimension des dents au cercle primitif, au cercle de pied ou au cercle de tête. Ces mesures peuvent ensuite être traitées pour effectuer un diagnostic de pièce conforme ou non-conforme. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation conforme à l'invention ; - la figure est un schéma expliquant la formation d'une image sur une pièce particulière observée dans l'installation de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus de l'installation de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLÉE Une installation 1 conforme à un mode de réalisation de l'invention est représentée de manière schématique sur la figure 1. Une telle installation 1 comporte un châssis sur lequel sont fixés un dispositif d'éclairage 10 et un appareil de prise de vue 11. Le dispositif d'éclairage 10 comporte d'une part une surface 7 lumineuse de forme cylindrique 101 dont l'axe P est sensiblement le même que celui d'un objectif 110 de l'appareil de prise de vue 11, et d'autre part une surface d'éclairage arrière 102 s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'objectif 110, dans un champ de vision de l'appareil de prise de vue 11. L'installation 1 comporte en outre un support 12 de pièces à observer 2 monté coulissant comme un tiroir dans une direction parallèle à la surface d'éclairage arrière 102 entre une position de chargement et une position d'observation. Dans la position de chargement, on peut déposer des pièces à observer 2 sur le support 12 sans être gêné par le dispositif d'éclairage 10, tandis qu'en position d'observation, représentée sur la figure 1, les pièces à observer 2 sont placées dans le champ de vision. On peut prévoir plusieurs positions d'observation si le support 12 est apte à recevoir plusieurs pièces à observer 2, afin d'observer chaque pièce individuellement, ou si la pièce à observer est plus large que le champ de vision. Le support 12 est inséré entre la surface cylindrique 101 et la surface d'éclairage arrière 102, de telle sorte qu'une face supérieure des pièces à observer 2 est visible par l'appareil de prise de vue 11 et éclairée directement par la surface cylindrique 101. La surface d'éclairage arrière 102 permet de faire ressortir les ouvertures dans les pièces à observer 2 ou les zones transparentes ou translucides. Pour laisser passer cette lumière, le support 12 comporte au moins un orifice au-dessus duquel la pièce à observer 2 est posée. On pourra prévoir des gabarits 120 de montage pour s'adapter au type de pièces à observer 2, afin d'obturer les contours des pièces. Le support 12 comme le gabarit 120 est traité pour absorber la lumière émise par le dispositif d'éclairage 10. Les surfaces d'éclairage 101, 102 sont réalisées par exemple par des éléments translucides ou opalescents 8 éclairés par des rampes d'éclairage 103 réparties autour de la surface cylindrique 101 ou sous la surface d'éclairage arrière 102, comme montré sur la figure 3. L'installation 1 comporte une unité de traitement 13 recevant des informations de l'appareil de prise de vue 11 et restituant des informations, en particulier sur un écran 14. L'unité de traitement 13 est apte à communiquer également avec d'autres périphériques classiques utilisés dans le domaine des ordinateurs, non représentés, afin de recevoir ou transmettre des informations avec ces périphériques. Ces périphériques sont par exemple un clavier, une clé à mémoire, une interface de réseau ou une imprimante. L'installation 1 peut également partager un périphérique de stockage avec une autre installation 1 du même type, afin de partager des informations de paramétrage organisées dans une base de données. L'unité de traitement 13 est programmée pour recevoir les images prises par l'appareil de prise de vue 11 qui peut être du type appareil photographique ou caméra vidéo. L'unité de traitement 13 est apte à traiter ces images et à mettre en oeuvre un procédé de diagnostic selon l'invention. Dans un premier temps, l'installation 1 est paramétrée pour effectuer un diagnostic sur un type particulier de pièces 2. Si ce paramétrage a déjà été effectué par le passé, il suffit de recharger en mémoire les paramètres du diagnostic et de passer à une étape de contrôle. Ce rechargement en mémoire peut être effectué directement depuis l'installation 1 ou à distance par l'intermédiaire d'un périphérique tel qu'évoqué précédemment. Dans le cas d'un nouveau contrôle, le paramétrage commence par l'acquisition d'une image d'une pièce conforme du nouveau type à contrôler. Puis un opérateur définit des zones à contrôler pour déterminer un niveau 9 de référence, ainsi que des critères, par exemple par des critères choisis dans une palette prédéterminée. Le niveau de référence associé à la zone à observer est mémorisé comme paramètre du contrôle. Pour certains critères de détermination, on place une pièce répondant au moins à ce critère dans la même position que la pièce conforme, et on compare la caractéristique de lumière de cette pièce avec le niveau de référence. Si l'écart est insuffisant, on considère que la discrimination d'une pièce conforme et d'une pièce non-conforme ne peut pas se faire par ce critère de détermination, et donc que ce critère n'est pas valide. Un contrôle sur ce critère ne pourra donc pas être enregistré. Le niveau de référence est par exemple un niveau d'intensité global de la lumière reçue par l'appareil de prise de vue 11. Mais ce peut être spécifiquement le niveau d'intensité d'une couleur particulière, obtenu par filtrage optique ou numérique, ou un niveau chromatique. Ce peut être également une polarisation. En supposant que le niveau de référence soit supérieur au niveau mesuré sur la pièce non conforme, on considère qu'une pièce sera jugée conforme si le niveau mesuré ne s'écarte pas de plus d'une proportion prédéterminée du niveau de référence, par exemple 20%. Nommons seuil de tolérance basse le niveau de référence diminué de la proportion. Si le niveau sur la pièce non conforme de référence augmenté de la même proportion est supérieur à la tolérance basse, on pourrait considérer qu'une pièce au niveau de la tolérance basse serait aussi une pièce non conforme. Il est donc décidé que dans cette configuration, l'installation 1 ne peut pas effectuer de diagnostic fiable. L'unité de traitement 13 informe l'utilisateur sur l'écran 14 par exemple, que le contrôle ne peut pas être effectué. Ainsi, un cycle de paramétrage se déroule par 5 10 15 20 25 30 35 10 exemple de la manière suivante : - enregistrement du nom de la référence du produit ; - prise de vue avec réglage des paramètres de prise de vue (ouverture, temps de pose) ; - définition géographique globale de la pièce à observer ; - délimitation des zones à observer, par exemple par des zones circulaires, annulaires, ou par une série de points ; - prise de vue de trois pièces conformes et mémorisation des moyennes d'intensité lumineuse comme référence ; - prise de vue avec trois pièces non conformes avec des éléments montés inversés et mémorisation des moyennes d'intensités lumineuses comme référence de pièces à montage inversé ; comparaison des moyennes d'intensité lumineuse dans les zones à contrôler avec la référence de pièce conforme pour vérifier que le critère est déterminable ; - prise de vue de trois échantillons ne comportant pas les éléments et mémorisation des moyennes d'intensités lumineuses comme référence de pièces à éléments absents ; comparaison des moyennes d'intensité lumineuse dans les zones à contrôler avec la référence pour vérifier que le critère est déterminable ; - prise de vue d'échantillons connus avec et sans défauts pour vérifier que le contrôle fonctionne bien enregistrement définitif du paramétrage. Lors d'un cycle de contrôle, on effectue par exemple les opérations suivantes : chargement des paramètres de contrôle ; - renseignement de données de traçabilité concernant les pièces à contrôler ; - ouverture du support 12 ; - placement de la pièce à contrôler sur un gabarit 120 adapté sur le support 12 ; fermeture du support 12 ; 11 - prise de vue et analyse des différentes zones à contrôler ; - avertissement de l'utilisateur si la pièce est non conforme ; - ouverture du support 12. Dans l'étape d'avertissement, l'installation peut fournir une indication de quel critère de détermination pour quelle zone est jugé positif. Ainsi, on peut par exemple savoir que tel élément est absent et tel autre est monté inversé. L'installation 1 permet aussi de contrôler plus spécifiquement des roues dentées. Elles sont placées de telle sorte que leur axe soit parallèle à l'axe P de l'objectif 110. Les paramètres de contrôle peuvent être fournis directement sous forme numérique, avec en particulier les informations suivantes - nombre de dents - diamètre de pied ; - diamètre de tête ; - pas au diamètre primitif ; - tolérance sur ces valeurs ; - tolérance sur l'excentricité. A partir du contour d'un moyeu de la roue ou d'un tourillon de rotation de la roue, observés sur l'image acquise de la roue dentée, on fait correspondre un cercle à ce contour pour en déduire avec le centre dudit cercle un axe de rotation de la roue dentée. On fait correspondre également un cercle ayant le même centre et du plus petit diamètre possible dans lequel le contour extérieur de la roue dentée est inscrit. On mesure la distance de chaque dent à ce cercle et en prenant la valeur maximale de cette distance, on en déduit que l'excentricité de la roue est la moitié de cet écart maximal. Selon une autre méthode, on cherche un cercle dans lequel le contour extérieur s'inscrit, et on déduit que l'excentricité est l'écart entre les centres des deux 12 cercles. A partir de l'analyse du contour extérieur, on en déduit également des valeurs pour le diamètre primitif, le diamètre de pied, le diamètre de tête, le nombre de dents. On peut alors en déduire un diagnostic de conformité de la pièce. En se référant à la figure 2, qui montre de manière schématique l'éclairage d'un rubis 20 percé par la surface cylindrique 101, quand la cuvette 200 est exposée à la lumière, les rayons en provenance de la partie supérieure de la surface cylindrique 101 se reflètent dans la partie centrale de la cuvette 200 vers l'objectif 110. Les rayons en provenance de la partie basse de la partie cylindrique 101 se reflètent vers la partie extérieure de la cuvette 200 vers l'objectif 110. Ainsi, l'appareil de prise de vue 11 perçoit une zone annulaire A très lumineuse entre ces deux limites. Par contre, si le rubis 20 est retourné, il présente une face plane qui ne réfléchit pas de rayons vers l'objectif 110. Cette zone sera donc sombre. En mesurant ce niveau de luminosité, on discrimine facilement les rubis 20 qui sont montés à l'envers. L'installation 1 permet de spécifier ce critère à vérifier pour une zone à contrôler. Parmi les autres critères, l'installation 1 permet de spécifier un critère d'élément absent. On définit une zone à observer et en observant ladite zone, l'élément étant considéré comme absent si ladite zone à observer a des caractéristiques de lumière similaires à celle émise par la surface arrière. L'installation 1 permet aussi de spécifier un critère d'élément cassé. Ce critère est particulièrement destiné à vérifier les rubis 20 sur une platine d'horlogerie. Pour cela, on observe une zone annulaire prédéterminée, l'élément étant considéré comme cassé si la luminosité de ladite zone à observer est discontinue. 13 Pour cela, on compte par exemple le nombre de points lumineux de la zone à observer qui sont dans une plage étroite prédéterminée et le nombre de points lumineux qui sont en dehors de cette plage, et on détermine que la zone est discontinue si le nombre de points lumineux en dehors de la plage dépasse une proportion prédéterminée de ceux dans la plage. D'autres méthodes prenant en compte la position relative des points lumineux, ou des gradients d'intensité, peuvent être adaptés à ce critère.10 REVENDICATIONS1. Installation de contrôle optique comportant un support (12) de pièces à contrôler, un appareil de prise de vue (11) dont l'axe de prise de vue (P) est orienté vers le support (12), et un dispositif d'éclairage (10) pour éclairer les pièces sur le support (12), caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage (10) comporte une surface lumineuse de forme sensiblement cylindrique (101) centrée sur l'axe de prise de vue (P). 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif d'éclairage (10) comporte en outre une surface d'éclairage arrière (102) située au-delà du support (12) par rapport à l'appareil de prise de vue (11). 3. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le support (12) est monté coulissant pour permettre le chargement des pièces. 4. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le support (12) a une surface de nature absorbant le rayonnement lumineux émis par le dispositif d'éclairage (10) pour éviter les réflexions lumineuses. 5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité de traitement (13) pour effectuer un diagnostic à partir d'une image reçue depuis l'appareil de prise de vue (11). 6. Procédé de diagnostic ou de mesure, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre par une installation (1) selon l'une des revendications 1 à 5, selon lequel on place au moins une pièce à contrôler sur le support (12), on effectue l'analyse d'une image acquise par l'appareil de prise de vue (11), et on en déduit un diagnostic de contrôle ou des mesures pour la pièce à contrôler. 7. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 6, selon lequel on détermine un critèred'absence d'élément en observant une zone prédéterminée, l'élément étant considéré comme absent si ladite zone à observer a des caractéristiques de lumière similaires à celle émise par la surface arrière. 8. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 6, selon lequel on détermine un critère d'élément retourné en observant une zone annulaire prédéterminée, l'élément étant considéré comme retourné si ladite zone à observer est sombre. 9. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 6, selon lequel on détermine un critère d'élément cassé en observant une zone annulaire prédéterminée, l'élément étant considéré comme cassé si la caractéristique de lumière de ladite zone à observer est discontinue. 10. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 6, selon lequel on observe au moins une caractéristique de la lumière dans une zone prédéterminée, on détermine un critère de détermination si la caractéristique est supérieure ou inférieure à un seuil prédéterminé. 11. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 10, selon lequel on présente au moins une pièce de référence répondant au critère de détermination sur le support (12), on délimite une zone à contrôler et on échantillonne les caractéristiques de la lumière dans la zone à contrôler comme référence mémorisée de ce critère de détermination, et on considère qu'une pièce à contrôler ne répond pas au critère de détermination si les caractéristiques de lumière s'écartent d'une proportion prédéterminée de celles de référence mémorisée. 12. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 10, selon lequel on échantillonne plusieurs pièces de référence répondant à au même critère de détermination et on mémorise la caractéristique moyenne de lumière de la zone à contrôler comme valeur de référence. 13. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 6, selon lequel la pièce à contrôler est une roue dentée, on déduit par l'analyse d'une image acquise par l'appareil de prise de vue (11) des mesures pour la roue dentée à contrôler. 14. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 13, selon lequel on détermine un centre de rotation de la roue et on mesure le rayon de la roue en fonction de la position angulaire par rapport au centre de rotation pour en déduire la valeur d'une excentricité. 15. Procédé de diagnostic ou de mesure selon la revendication 13, selon lequel on détermine au moins une caractéristique de la roue parmi le nombre de dents, la présence des dents, la dimension des dents au cercle primitif, au cercle de pied ou au cercle de tête.