Brevet FR3056295A1 — publié le 20180323

DISPOSITIF DE DETECTION DES DEFAUTS SUPERFICIELS DE BANDES LAMINEES D'ALUMINIUM Domaine de l'invention L'invention concerne la production de bandes laminées d'aluminium. Plus précisément, elle concerne les techniques de contrôle de la qualité de surface de ces bandes. Les installations de production de bandes d'aluminium à partir de produits initialement plus épais comportent des outils tels que des laminoirs, des coupeuses, des lignes de traitement de surface, des lignes vernissage des lignes de traitement thermique en continu et des lignes de complexage. Avant et/ou après le passage du produit dans ces outils, on pratique souvent une inspection de sa surface à l'aide de dispositifs automatiques, dans le but d'y détecter la présence éventuelle de défauts d'endommagements de l'aluminium tels que des dépressions, des rayures, des boursouflures... La présence de tels défauts peut être l'indice de dysfonctionnements des outils situés en amont du lieu du contrôle, auxquels il faut remédier, et elle peut rendre inutile la poursuite du traitement du produit si les défauts sont suffisamment graves pour empêcher l'obtention de produits. Etat de la technique Les dispositifs d'inspection de la surface des bandes d'aluminium classiquement utilisés comportent essentiellement: - des moyens pour éclairer la zone de la bande à inspecter; - une caméra (linéaire ou matricielle) qui recueille périodiquement l'image de ladite zone, à des intervalles de temps suffisamment rapprochés pour qu'une inspection de la totalité de la bande soit possible; - une installation de traitement de cette image, qui en extrait les " objets " qui se détachent par leur couleur ou leur pouvoir réfléchissant du fond uniforme que constitue la surface de la bande, et qui permet de reconnaître, parmi ces objets, lesquels constituent réellement des défauts d'endommagement de l'aluminium et lesquels correspondent à d'autres phénomènes 3056295 2 sans influence sur la qualité de la bande cette reconnaissance s'effectue à l'aide de logiciels qui comparent les caractéristiques des objets détectés à celles que l'on observe normalement pour les défauts que l'installation doit signaler à l'opérateur. Les bandes en aluminium se distinguent souvent par leur forte réflectivité qui peut rendre délicate 5 l'utilisation de techniques dédiées à d'autres métaux. Parmi les objets détectés par l'installation de traitement de l'image et que celle-ci doit reconnaître comme n'étant pas des défauts d'endommagement de l'aluminium (et, donc, ne pas signaler en tant que tels à l'opérateur), on peut citer des taches légèrement 10 blanchâtres qui subsistent à la surface de la bande, ou des résidus d'huile de laminage. L'expérience montre qu'une proportion très importante (parfois plus de 90 %) des objets détectés fait partie de cette catégorie. Il en résulte qu'une grande partie du temps de calcul de l'installation de traitement d'image est consacrée à l'analyse d'objets sans intérêt pour l'opérateur. Il est particulièrement délicat de distinguer les 15 endommagements de l'aluminium parallèles au sens de défilement de la bande car la plupart des autres défauts sont également parallèles au sens de défilement de la bande. Pour résoudre ce problème il a été proposé de réaliser une image stéréoscopique de la surface à l'aide de deux caméras. 20 La demande de brevet FR2781570 décrit un dispositif de détection des défauts superficiels de bandes métalliques (1) en défilement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour éclairer la zone de la bande à inspecter, au moins un couple de caméras captant chacune périodiquement une image de la même portion de ladite zone une unité de calcul comportant des moyens pour reconstituer une image stéréoscopique 25 de ladite portion à partir des images fournies par le couple de caméras, des moyens pour détecter sur ladite image stéréoscopique les objets qui présentent un relief en bosse ou en creux par rapport à la surface de la bande supérieur à un seuil prédéterminé, des moyens pour analyser les images desdits objets, et des moyens pour restituer à l'opérateur le résultat. Ce dispositif permet d'améliorer la détection des défauts en 30 relief cependant il est cher car le nombre de caméras est doublé, le recouvrement entre les caméras devant être total. Par ailleurs cette méthode n'est pas spécifique aux défauts parallèles au sens de défilement. 3056295 3 Le brevet US 5,946,029 décrit un procédé de traitement d'image comprenant une caméra pour observer la réflexion directe d'une lumière incidente d'angle variable dans une direction coïncidant sensiblement avec la direction de laminage. La méthode permet d'obtenir une image représentant une distribution d'angles d'incidence de la 5 lumière réfléchie. Cette méthode permet de détecter de fines ondulations ou des défauts liés à des variations de densités mais n'est pas efficace pour la détection des défauts parallèles au sens de défilement. La demande de brevet KR20050002538 décrit un appareil pour étalonner automatiquement un détecteur de défauts de surface de la bande laminée à froid, dans 10 lequel le détecteur de défaut de surface attend en temps ordinaire et est déplacé vers une ligne hors tension lorsque le calibrage peut être nécessaire pour réaliser l'automatisation sans pilote, et le détecteur de défaut de surface est étalonné en utilisant des échantillons calibrés pour permettre des défauts à déterminer exactement. 15 L'objectif de la présente invention est d'obtenir un dispositif de détection des défauts superficiels d'une bande d'aluminium laminée utilisable pendant le défilement de la bande. Le dispositif étant sensible aux défauts d'endommagement de l'aluminium et plus particulièrement distinguer les défauts d'endommagement de l'aluminium parallèles au sens de défilement de la bande. 20 Objet de l'invention Un premier objet de l'invention est un dispositif de détection des défauts superficiels d'une bande d'aluminium laminée défilant selon une direction de défilement A, 25 comportant des moyens d'éclairage pour éclairer une zone de la bande à inspecter et au moins une caméra linéaire ou matricielle captant en continu des images de ladite zone caractérisé en ce que lesdits moyens d'éclairage délivrent en tout point M de la zone inspectée une majorité de rayons lumineux incidents dont l'angle a d'incidence par rapport à un plan P tangent en M à ladite bande est compris entre 1 et 30 degrés 30 lesdits rayons lumineux étant par ailleurs compris dans un plan P' perpendiculaire audit plan P, la droite d'intersection dudit plan P et dudit plan P' faisant un angle 0 avec ladite direction A de défilement compris entre 70 et 110 degrés et en ce que l'axe optique de ladite caméra est substantiellement perpendiculaire audit plan P. 3056295 4 Un second objet de l'invention est l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour détecter les défauts superficiels d'une bande d'aluminium laminée sur une ligne en continu telle que un laminoir ou une coupeuse ou une ligne de traitement de surface ou une ligne de vernissage ou une ligne de traitement thermique en continu 5 ou une ligne de complexage. Description des figures 10 La figure 1 représente un mode de réalisation dans lequel le dispositif de détection est positionné dans une zone où la bande d'aluminium est disposée à plat. La figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel le dispositif de détection est positionné dans une zone où la bande d'aluminium est disposée sur un cylindre. 15 Description de l'invention Selon l'invention une zone de la bande d'aluminium est éclairée de façon spécifique et une caméra linéaire ou matricielle positionnée de façon telle que son axe optique 20 soit substantiellement perpendiculaire à la bande recueille périodiquement l'image de la zone à des intervalles de temps suffisamment rapprochés pour qu'une inspection de la totalité de la bande soit possible. Les présents inventeurs ont en effet constaté que grâce à un éclairage spécifique et une caméra correctement orientée, il est possible de distinguer des défauts 25 d'endommagement de l'aluminium et plus particulièrement distinguer les défauts d'endommagement de l'aluminium parallèles au sens de défilement de la bande d'autres défauts tels que des tâches ou des résidus d'huile de laminage. Le dispositif de détection des défauts superficiels de bandes d'aluminium laminée selon l'invention comporte des moyens d'éclairage pour éclairer une zone de la bande 30 à inspecter et au moins une caméra linéaire ou matricielle. Le dispositif de détection est destiné à inspecter les défauts sur une bande d'aluminium en défilement selon un une direction de défilement A. La direction de défilement est typiquement une direction perpendiculaire aux axe d'enroulement et de déroulement de la bande est 3056295 5 tangente à la bande. Les moyens d'éclairage peuvent être constitués d'une ou plusieurs sources lumineuse dont la caractéristique est de délivrer en en tout point M de la zone inspectée une majorité de rayons lumineux incidents dont l'angle a d'incidence par rapport à un plan P tangent en M à la bande est compris entre 1 et 30 5 degrés lesdits rayons lumineux étant par ailleurs compris dans un plan P' perpendiculaire audit plan P, la droite d'intersection dudit plan P et dudit plan P' faisant un angle 0 avec ladite direction A de défilement compris entre 70 et 110 degrés. Le plan P tangent en M à la surface de la bande d'aluminium est une approximation de la surface de la bande d'aluminium au voisinage de M par un plan affine. Dans une 10 zone où la bande est à plat, le plan P est confondu avec le plan de la bande. Dans une zone où la bande est enroulée contre un cylindre le plan P est un plan perpendiculaire au rayon du cylindre. Les rayons lumineux délivrés par les moyens d'éclairage ont en majorité un faible angle d'incidence a par rapport au plan P. Ainsi une majorité des rayons lumineux provenant des moyens d'éclairage et atteignant le point M ont un 15 angle a d'incidence par rapport au plan P compris entre 1 et 30 degrés et de préférence entre 5 et 20 degrés. Avantageusement, plus de 70 %, et de préférence plus de 90 % des rayons lumineux provenant des moyens d'éclairage et atteignant le point M ont un angle a d'incidence par rapport au plan P compris entre 1 et 30 degrés et de préférence entre 5 et 20 degrés. 20 Les rayons lumineux provenant des moyens d'éclairage doivent éclairer la bande de manière latérale. On considère un plan P', perpendiculaire au plan P, un plan P' étant perpendiculaire au plan P s'il contient une droite perpendiculaire au plan P. L'intersection des plans P et P' est une droite. Une majorité des rayons lumineux provenant des moyens d'éclairage et atteignant le point M sont compris dans un plan 25 P' pour lequel la droite d'intersection avec le plan P forme un angle avec la direction de défilement A compris entre 70 et 110 degrés et de préférence compris entre 75 et 105 degrés et de manière préférée compris entre 80 et 100 degrés. Avantageusement, plus de 70 %, et de préférence plus de 90 % des rayons lumineux provenant des moyens d'éclairage et atteignant le point M sont compris dans un plan P' pour lequel la droite 30 d'intersection avec le plan P forme un angle avec la direction de défilement A compris entre 70° et 110° et de préférence compris entre 75° et 105° et de manière préférée compris entre 80° et 100°. La caméra doit être correctement orientée pour obtenir la détection de défauts selon l'invention. Ainsi, l'axe optique de la caméra est 3056295 6 substantiellement perpendiculaire au plan P. Par substantiellement perpendiculaire, on entend dans le cadre de la présente invention que l'angle entre l'axe optique de la caméra et le plan P est de l'ordre de 90°, typiquement compris entre 80 et 100 ° ou même entre 85 et 95 °. 5 Grâce aux caractéristiques de la lumière incidente et à l'orientation de la caméra selon l'invention, il est possible de détecter des défauts d'endommagement de la bande d'aluminium et plus particulièrement de distinguer les défauts d'endommagement de la bande d'aluminium parallèles au sens de défilement de la bande. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens d'éclairage sont 10 positionnés latéralement par rapport à ladite bande d'aluminium, dans ce premier mode de réalisation les moyens d'éclairage ne sont pas positionnés au-dessus de la bande d'aluminium. Dans ce premier mode de réalisation, la distance à la bande et la hauteur par rapport au plan P permettent d'obtenir un éclairage selon l'invention. Avantageusement, les moyens d'éclairage dans ce premier mode de réalisation 15 comprennent un projecteur d'éclairage, couramment appelé « spot ». Dans un second mode de réalisation, les moyens d'éclairage sont positionnés au-dessus de ladite bande d'aluminium. Dans ce second mode de réalisation les moyens d'éclairage comprennent par exemple des projecteurs délivrant une lumière orientée. Avantageusement les moyens d'éclairage dans ce second mode de réalisation 20 comprennent une rampe de projecteurs LED orientés. Il peut être avantageux dans certaines configuration de combiner le premier et le second mode de réalisation. Avantageusement, le nombre de caméras est choisi pour couvrir la largeur inspectée en ayant un recouvrement entre les images obtenues le plus limité possible. Ainsi, selon l'invention il n'est pas nécessaire qu'une zone éclairée soit analysée par plusieurs 25 caméras. Un léger recouvrement entre les zones d'analyse est préférable pour éviter d'avoir une zone non analysée mais pour limiter les coûts d'investissement en caméras, on cherche à limiter le recouvrement le plus possible, par exemple un recouvrement de 1 cm environ entre deux caméras est en général suffisant. Les caméras sont de type linéaire ou matricielle. Les caméras de type linéaire sont plus avantageuses car elles 30 permettent d'atteindre une meilleure résolution notamment en évitant les déformations dans les angles. Avantageusement la caméra est une caméra monochrome ou une caméra couleur. De préférence, le dispositif selon l'invention comprend également des 3056295 7 moyens pour analyser les images des défauts, et des moyens pour restituer à l'opérateur le résultat. Le dispositif selon l'invention est avantageusement utilisé pour détecter les défauts 5 superficiels d'une bande d'aluminium laminée sur une ligne en continu telle que un laminoir ou une coupeuse ou une ligne de traitement de surface ou une ligne de vernissage ou une ligne de traitement thermique en continu ou une ligne de complexage, de préférence pour détecter les défauts superficiels allongés essentiellement parallèles à la direction de défilement A. Par ligne de complexage, on 10 entend un moyen industriel qui assure l'assemblage de deux ou plusieurs films avec une bande d'aluminium laminée typiquement par contre-collage ou extrusion-couchage. L'invention est particulièrement utile pour détecter les défauts liés à des marques laissées par les cylindres sur le laminoir ou la ligne de traitement considérée. Le dispositif peut être positionné dans n'importe quelle zone de la machine considérée 15 mais de préférence il est positionné proche de l'enrouleur de façon à pouvoir détecter le plus de défauts possibles. De préférence, le dispositif selon l'invention est positionné à un endroit où la bande d'aluminium est plaquée contre un cylindre de la ligne en continu, typiquement un cylindre embarreur, car les images obtenues sont alors de meilleure qualité. Il est avantageux de positionner le dispositif selon l'invention sur un 20 laminoir car il s'agit des premières opérations subies par la bande d'aluminium et les défauts détectés peuvent être rapidement éliminés sans supporter les coûts des opérations ultérieures. Contrairement aux dispositifs selon l'art antérieur, le dispositif selon l'invention est adapté à la détection de défauts superficiels sur un laminoir, malgré la présence d'une quantité significative d'huile résiduelle. 25 Sur la figure 1, on a représenté un dispositif selon l'invention positionné dans une zone où la bande d'aluminium 1 est essentiellement plane. On considère un point M de la zone éclairée par les moyens d'éclairage 2. Le point M est symbolisé par une croix. Le plan P tangent en M à la bande d'aluminium 1 est dans ce cas confondu avec le plan 30 de la bande d'aluminium. Les moyens d'éclairage 2 sont dans le mode de réalisation décrit par la figure 1 positionnés latéralement par rapport à la bande d'aluminium 1. Une caméra linéaire ou matricielle 3 est positionnée au-dessus de la bande d'aluminium 1 de telle sorte que son axe optique est substantiellement perpendiculaire 3056295 8 au plan P. Un rayon lumineux incident 4 délivré par les moyens d'éclairage 2 atteignant le point M est représenté. Le rayon lumineux fait un angle a d'incidence par rapport à un plan P. Le rayon lumineux 4 est compris dans un plan P' perpendiculaire au plan P. La droite d'intersection dudit plan P et du plan P' fait un angle 0 avec ladite 5 direction A de défilement. Selon l'invention, l'angle a est compris entre 1 et 30 degrés et l'angle 0 est compris entre 70 et 110 degrés. Sur la figure 2, on a représenté un dispositif selon l'invention positionné dans une zone où la bande d'aluminium est plaquée contre un cylindre embarreur 5 de la ligne en continu. On considère un point M de la zone éclairée par les moyens 10 d'éclairage 2. Le point M est symbolisé par une croix. Le plan P tangent en M à la bande d'aluminium 1 est dans ce cas perpendiculaire au rayon du cylindre embarreur passant par le point M. Les moyens d'éclairage 2 sont dans le mode de réalisation décrit par la figure 2 positionnés latéralement par rapport à la bande d'aluminium 1. Une caméra linéaire ou matricielle 3 est positionnée face à la bande d'aluminium 1 de 15 telle sorte que son axe optique est substantiellement perpendiculaire au plan P. Un rayon lumineux incident 4 délivré par les moyens d'éclairage 2 atteignant le point M est représenté. Le rayon lumineux fait un angle a d'incidence par rapport à un plan P. Le rayon lumineux 4 est compris dans un plan P' perpendiculaire au plan P. La droite d'intersection dudit plan P et du plan P' fait un angle 0 avec ladite direction A de 20 défilement. Selon l'invention, l'angle a est compris entre 1 et 30 degrés et l'angle 0 est compris entre 70 et 110 degrés. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection des défauts superficiels d'une bande d'aluminium laminée (1) défilant selon une direction de défilement A, comportant des moyens d'éclairage (2) pour éclairer une zone de la bande à inspecter et au moins une caméra linéaire ou matricielle (3) captant en continu des images de ladite zone caractérisé en ce que lesdits moyens d'éclairage délivrent en tout point M de la zone inspectée une majorité de rayons lumineux incidents (4) dont l'angle a d'incidence par rapport à un plan P tangent en M à ladite bande est compris entre 1 et 30 degrés lesdits rayons lumineux étant par ailleurs compris dans un plan P' perpendiculaire audit plan P, la droite d'intersection dudit plan P et dudit plan P' faisant un angle 0 avec ladite direction A de défilement compris entre 70 et 110 degrés et en ce que l'axe optique de ladite caméra est substantiellement perpendiculaire audit plan P. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens d'éclairage sont positionnés latéralement par rapport à ladite bande d'aluminium. 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel lesdits moyens d'éclairage comprennent un projecteur d'éclairage. 4. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens d'éclairage sont positionnés au-dessus de ladite bande d'aluminium. 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel lesdits moyens d'éclairage comprennent une rampe de projecteurs LED orientés. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le nombre de caméras est choisi pour couvrir la largeur inspectée en ayant un recouvrement entre les images obtenues le plus limité possible. 3056295 10 7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ladite caméra est une caméra monochrome ou une caméra couleur. 8. Utilisation d'un dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7 pour 5 détecter les défauts superficiels d'une bande d'aluminium laminée sur une ligne en continu telle que un laminoir ou une coupeuse ou une ligne de traitement de surface ou une ligne de vernissage ou une ligne de traitement thermique en continu ou une ligne de complexage. 10 9. Utilisation selon la revendication 8 pour détecter les défauts superficiels allongés essentiellement parallèles à la direction de défilement A. 10. Utilisation selon la revendication 8 ou la revendication 9 dans laquelle ledit dispositif est positionné à un endroit où la bande d'aluminium est plaquée 15 contre un cylindre de ladite ligne en continu.