Brevet FR3066815A1 — publié le 20181130

- 1 - PROCEDE DE CONTROLE DE L'ETAT D'UNE SURFACE INTERNE D'UN PNEUMATIQUE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine technique du contrôle d'un état de surface, et plus précisément d'une surface courbe de révolution. L'invention trouve une application avantageuse dans le contrôle de l'état d'une surface interne d'un pneumatique. ART ANTERIEUR Il est connu de l'état de la technique un dispositif de reconstruction en trois dimensions d'une surface par triangulation L.A.S.E.R., et notamment par l'observation aux moyens de caméras de la déformation d'une ligne laser projetée sur ladite surface. Ce type de dispositif met en oeuvre un émetteur L.A.S.E.R., généralement de couleur rouge ou bleue en raison de la disponibilité de ces sources en forte puissance. Un émetteur L.A.S.E.R. est une source cohérente dont le faisceau peut être parfaitement collimaté, notamment sous la forme d'une ligne de lumière, la plus fine possible. En pratique, un objet à reconstruire est placé sur un support mobile en translation, sous un système d'acquisition formé par un émetteur L.A.S.E.R. et une ou plusieurs caméras. En générale, l'émetteur L.A.S.E.R. est placé verticalement et la ou les caméras forment un angle donné par rapport à l'émetteur L.A.S.E.R. Pour les objets de formes complexes, ou de grandes dimensions, il est également connu de déplacer le système d'acquisition par rapport à l'objet fixe. L'émetteur L.A.S.E.R. projette une frange lumineuse fine sur l'objet et les caméras capturent les différents profils de la frange lumineuse. En cumulant ainsi les profils par l'intermédiaire de moyens de traitement d'images, notamment un logiciel bien connu de l'état de la technique, on obtient une reconstruction surfacique tridimensionnelle de l'objet. 3066815 - 2 - Un tel dispositif de reconstruction tridimensionnelle est couramment utilisé pour l'inspection d'objets métriques ou centimétriques avec une résolution centimétrique ou millimétrique. Ce type de dispositif est particulièrement adapté pour la reconstruction en 5 trois dimensions d'un objet possédant des surfaces planes. La profondeur de champ du dispositif est typiquement de l'ordre de quelques centimètres ou millimètres, et dépend de la profondeur de champ de la source lumineuse et de celle de la ou des caméras. En effet, dehors du champ de la source lumineuse, la ligne de lumière s'épaissit et sa netteté diminue, et en dehors du champ des caméras, l'image perd en netteté et en résolution. 10 Le dispositif de l'état de la technique n'est donc pas adapté pour la reconstruction en trois dimensions de surfaces courbes qui nécessitent une plus grande profondeur de champ. Le dispositif de l'état de la technique ne permet pas d'obtenir une résolution élevée associée à une grande profondeur de champ. 15 Afin d'optimiser la résolution du dispositif pour la reconstruction en trois dimensions de surfaces de petits objets, de tailles millimétrique, et afin de réduire le bruit dit de « Speckle » inhérent au caractère monochromatique de l'émetteur L.A.S.E.R., il est également connu du document FR 3 013 842 de remplacer l'émetteur L.A.S.E.R. par une 20 source LED dont la lumière est par exemple focalisée sous forme d'une frange d'épaisseur inférieure à 501.1.m. Ce type de dispositif permet la reconstruction en trois dimensions avec une résolution micrométrique et une profondeur de champ micrométrique, mais n'est pas non 25 plus adapté pour la reconstruction en trois dimensions de surfaces courbes qui nécessitent une plus grande profondeur de champ. Par ailleurs, un inconvénient commun à tous ces dispositifs de l'état de la technique réside dans le fait qu'ils sont encombrants et ne permettent pas la reconstruction d'une 30 surface difficile d'accès, telle qu'une surface interne d'un pneumatique. EXPOSE DE L'INVENTION 3066815 - 3 - L'un des buts de l'invention est donc de proposer un procédé de contrôle de l'état d'une surface courbe de révolution, telle qu'une surface interne d'un pneumatique, qui soit peu encombrant pour permettre le contrôle de surfaces difficiles d'accès, qui soit adapté aux surfaces courbes, et qui soit rapide pour être compatible avec des cadences 5 industrielles. A cet effet, il est proposé un procédé de contrôle d'une surface courbe de révolution remarquable en ce qu'il comprend des étapes consistant à : - projeter au moins un faisceau lumineux, notamment au moins une ligne de 10 lumière, sur la surface par l'intermédiaire d'au moins une tête de projection déportée reliée à une source lumineuse par au moins un élément de conduction de la lumière ; - faire tourner la surface autour de son axe de révolution ; - capturer des images successives des profils lumineux reflétés sur la surface par 15 l'intermédiaire d'au moins un système de capture d'images ; - extraire les profils lumineux résultant de la projection du faisceau lumineux ; - détecter sur les profils lumineux extraits, des minima locaux et des maxima locaux synonymes de défauts de surface. 20 L'utilisation d'une ou plusieurs têtes de projection déportées permet de réduire significativement l'encombrement du dispositif mettant en oeuvre le procédé et de pouvoir épouser la surface à contrôler pour inspecter et contrôler des surfaces difficiles d'accès, telles que des surfaces internes de pneumatiques, des tubes, cavités, etc. Un autre avantage de l'invention réside également dans l'optimisation de la dissipation thermique 25 en dehors de la zone d'inspection. L'extraction des profils lumineux et la détection de minima locaux et de maxima locaux sur lesdits profils, c'est-à-dire la détection de creux et de bosses, sont rapides et compatibles avec des cadences industrielles. 30 Par exemple, l'extraction des profils lumineux consiste, dans chaque image capturée, à : 3066815 - 4 - - définir une zone d'intérêt d'inspection correspondant à un ensemble de points de coordonnées situés entre des positions extrêmes prises par les profils lumineux pendant la rotation de la surface ; - déterminer un point fixe en dehors de la zone d'intérêt et calculer un ensemble 5 de points extrêmes de la zone d'intérêt, notamment des minima ou maxima, dont la distance radiale par rapport au point fixe est extrême, notamment minimale ou maximale ; les points extrêmes sont décalés angulairement entre eux d'un pas par rapport au point fixe, et l'ensemble de points extrêmes correspond au profil lumineux extrait. 10 De préférence, la détection des minima locaux consiste à : - calculer un profil supérieur au profil lumineux extrait, c'est-à-dire à réaliser, par exemple, un calcul itératif de moyenne locale en chaque point du profil et en remplaçant chaque point du profil extrait par sa moyenne locale lorsque 15 ladite moyenne locale est supérieure audit point ; - soustraire le profil extrait au profil supérieur pour obtenir un profil de minima locaux ; - détecter les points dont l'intensité est supérieure à une valeur déterminée, correspondant à des minima locaux. 20 D'une manière équivalente, la détection des maxima locaux consiste à : - calculer un profil inférieur au profil lumineux extrait, c'est-à-dire à réaliser, par exemple, un calcul itératif de moyenne locale en chaque point du profil et en remplaçant chaque point du profil extrait par sa moyenne locale lorsque ladite 25 moyenne locale est inférieure audit point ; - soustraire le profil inférieure au profil extrait pour obtenir un profil de maxima locaux ; - détecter les points dont l'intensité est supérieure à une valeur déterminée, correspondant à des maxima locaux. 30 Selon une forme de réalisation particulière, la source lumineuse utilisée est une source LED. Ceci permet de pouvoir réduire le bruit de « Speckle » et présente un avantage particulier pour la reconstruction de surfaces sombres par rapport aux couleurs 3066815 - 5 - disponibles pour la source LED. De plus, la puissance nécessaire pour émettre la ligne de lumière est nettement plus faible qu'avec un émetteur L.A.S.E.R. par exemple. L'élément de conduction de la lumière peut être tout dispositif flexible permettant 5 de transporter un flux lumineux, et se présente de préférence sous la forme d'au moins une fibre optique. Avantageusement, le système de capture d'images comprend par exemple une ou plusieurs caméras, à tête déportée, ou bien une seule caméra munie d'un objectif grand 10 angle de type « fisheye » ou 360° placée au centre du rayon de courbure interne de la surface de révolution. Les avantages liés à la déportation de la tête de projection lumineuse s'appliquent au caractère déportable de la tête du système de capture d'images, notamment la 15 réduction de l'encombrement et l'adaptabilité à la forme de la surface à contrôler pour maximiser la résolution et la profondeur de champ. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES 20 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, du procédé de contrôle selon l'invention, à partir des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de projection lumineuse mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, la source lumineuse 25 étant reliée à une pluralité de têtes de projection déportées épousant la forme de la surface courbe à contrôler ; - la figure 2 illustre un exemple de positionnement de cinq têtes de projection déportées, reliées à une source lumineuse, pour contrôler la surface interne d'un pneumatique ; 30 - la figure 3 illustre le positionnement d'un système de capture d'images comprenant une seule caméra munie d'un objectif grand angle ; - la figure 4 illustre, en négatif, un exemple d'image d'un profil lumineux reflété sur la surface à contrôler ; 3066815 - 6 - - la figure 5 illustre, en négatif, une image capturée dans laquelle une zone d'intérêt d'inspection et un point fixe ont été définis ; - la figure 6 illustre, en négatif, des points du profil lumineux de la figure 4 détectés à partir du procédé selon l'invention ; 5 - la figure 7 illustre un ensemble de points, minima ou maxima, correspondant à un profil lumineux extrait de l'image de la figure 6 ; - la figure 8 illustre la superposition graphique du profil extrait à un profil supérieur obtenu avec k=10 itérations et un calcul de moyenne locale de taille t=2. 10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de contrôle de l'état d'une surface courbe (2) de révolution et difficile d'accès, telle qu'une surface interne d'un pneumatique. 15 A cet effet, et en référence aux figures 1 à 3, l'invention met en oeuvre un dispositif (1) de contrôle de la surface (2) par la technique de triangulation d'un faisceau lumineux (3), et notamment d'une ligne de lumière projetée sur la surface (2) à contrôler. Le dispositif (1) comprend une source lumineuse (4) qui peut être une source 20 L.A.S.E.R., ou une source LED par exemple. La source LED est préférée car elle nécessite une puissance plus faible que celle de la source L.A.S.E.R., et elle permet de réduire les bruits parasites. De plus, le choix plus vaste de couleurs LED est un avantage pour la projection sur une surface sombre, bleue ou rouge, là où l'émetteur L.A.S.E.R. est limité aux couleurs bleue et rouge. 25 La lumière LED est, par exemple, focalisée par l'intermédiaire de deux condenseurs asphériques sur un masque disposant d'une ligne d'une épaisseur inférieure à 50 pm, par exemple 25 p.m. Avant d'être projetée sur la surface (2), la lumière LED est par exemple à nouveau focalisée via un objectif de caméra. 30 Le dispositif (1) comprend une ou plusieurs têtes de projection (5) déportées, reliées à la source lumineuse (4), LED ou L.A.S.E.R., par l'intermédiaire d'un élément (6) de conduction de la lumière, tel que par exemple au moins une fibre optique. La ou les têtes 3066815 - 7 - de projection (5) déportées permettent de réduire au maximum l'encombrement du dispositif (1) et de pouvoir épouser la forme de la surface (2) à contrôler pour projeter la ou les lignes de lumières (3) sur des surfaces (2) difficiles d'accès, tout en augmentant la profondeur de champ et la résolution de la ligne de lumière projetée. 5 Dans la suite de la description, et en référence aux figures 2 et 3, l'invention est décrite en relation avec le contrôle de l'état d'une surface interne (2) d'un pneumatique d'un véhicule de tourisme. La figure 2 représente la coupe d'un pneumatique, avec la bande de roulement vers le bas, et l'utilisation de cinq têtes de projection (5) déportées 10 afin de conserver une finesse et une focalisation optimale de la ligne de lumière, malgré la courbure importante de la surface (2) à contrôler. Pour des raisons de lisibilité, la projection de la ligne de lumière (3) n'est représentée que sur la bande de roulement centrale et sur la partie droite de l'intérieur du pneumatique. En fonction de la courbure de la surface interne (2), celle-ci peut être découpée en plusieurs zones de tailles 15 différentes. Chaque tête de projection (5) déportée peut-être personnalisée, notamment au niveau de l'angle de projection. Afin de réaliser le contrôle de l'état de la surface (2), et en référence à la figure 3, le dispositif (1) comprend un système (7) de capture d'images successives des profils 20 lumineux reflétés sur la surface. Le système (7) de capture d'images peut être un ou plusieurs appareils photographiques, ou bien une ou plusieurs caméras, par exemple à têtes déportées. Cela permet également une meilleure adaptabilité à la géométrie de la surface (2) à contrôler, diminue l'encombrement et permet d'inspecter des surfaces (2) difficiles d'accès. L'utilisation de plusieurs systèmes (7) de capture d'images permet 25 notamment de limiter les angles morts de capture d'images. En référence à la figure 3, le système (7) comprend une seule caméra (7a) munie d'un objectif grand angle de type « fisheye » ou 360° placée au centre du rayon de courbure interne de la surface de révolution. Pour des raisons de simplification des 30 dessins, les têtes de projection (5) déportées ne sont pas représentées sur la figure 3. Le fait de déporter la ou les têtes de projection (5) lumineuse, ainsi que la ou les têtes du système de capture d'images, permet d'optimiser la dissipation thermique en 3066815 - 8 - dehors de la zone d'inspection. De la même manière, cela permet de réaliser des opérations de maintenance de la source lumineuse (4) ou du système (7) de capture d'images en dehors de la zone d'inspection pour éviter tout déréglage des têtes de projection (5) et des têtes de capture d'images. 5 Les angles et dispositions des têtes de projection (5) et de la caméra (7a) sont réalisés de telle sorte à pouvoir observer complètement une tranche de l'intérieur du pneumatique. L'observation complète du pneumatique est réalisée par la mise en rotation de celui-ci autour de son axe de révolution, par exemple d'au moins un tour, les têtes de 10 projection (5) et la caméra (7a) restant fixes. En référence à la figure 4, chaque image capturée par le système (7) comprend un profil lumineux (8) à extraire. Les profils lumineux (8) sont extraits et analysés par une série d'algorithmes spécifiques. Ces algorithmes sont rapides d'un point de vue du temps 15 d'exécution et permettent d'extraire les profils lumineux (8) résultant de la projection du faisceau lumineux, et de détecter sur les profils lumineux extraits, des minima locaux et des maxima locaux synonymes de défauts de surface. En référence à la figure 5, l'extraction du profil lumineux (8) est réalisée à partir de 20 la définition d'un point fixe PO et du dépliement radial des maxima ou minima de l'image. Un pas d'incrémentation angulaire da et une zone d'intérêt ROI limitant l'inspection de l'image sont également définis. La définition de la zone d'intérêt ROI permet de réduire le temps de calcul. 25 La zone d'intérêt ROI correspond à un ensemble de points de coordonnées défini en fonction des positions extrêmes que peut prendre la ligne de lumière (3) en fonction de la rotation et de la circularité imparfaites du pneumatique. Pour extraire le profil lumineux (8) de l'image, le procédé calcule un ensemble de 30 points extrêmes, c'est-à-dire des minima ou des maxima, de la zone d'intérêt ROI dont la distance radiale par rapport au point fixe PO est extrême, c'est-à-dire minimale ou maximale. Les points extrêmes sont décalés angulairement entre eux de la valeur du pas 3066815 - 9 - d'incrémentation da par rapport au point fixe P0. En référence à la figure 6, l'ensemble des points extrêmes correspond au profil lumineux détecté (9). Pour ce faire, soient I l'image contenant le profil, p0(p0x,p0y) le point fixe, et da le 5 pas d'incrémentation angulaire, et ROI l'ensemble de points de coordonnées (x,y) définissant la zone d'intérêt. La distance radiale du profil P pour un angle a compris entre a et da est donné par la formule suivante : ( Max I(p(x, p E ROI, A =tan-1 P°' - Y aA£ P(a) PS, (a) = \ 1 '-tPMk (a) = PSk_l(a+i) 113(a) sinon 2.t +1 , PM, (a) si PM, (a) > P(a) PSI {Ka) sinon avec PM (a) si PM (a) > P(a) PS(a)= " 12.a.) sinon Le calcul de moyenne locale PM peut être réalisé très rapidement avec un pré calcul de profil intégral PI comme décrit dans la publication scientifique intitulée « Summed- 3066815 - 10 Area Tables for Texture Mapping » publiée en juillet 1984 dans le numéro 3 du volume 18 de la revue « Computer Graphics », notamment avec la formule suivante : =0 PI(a) = P(a) =0 r PM(a)= 1 [PI(a + t)- PI(a. - t)] 2.t +1 5 Ensuite, les minima locaux MinL sont obtenus par le calcul des résidus entre le profil supérieur PS et le profil initial P, notamment par la soustraction du profil extrait au profil supérieur : MinL (a) = PS(a)- P(a) 10 A partir du profil MinL, les minima locaux peuvent être simplement détectés en effectuant un seuillage sur l'intensité de MinL. En d'autres termes, tous les points de coordonnées dont l'intensité est supérieure à une valeur s sont considérés comme des minima locaux. Un exemple de calcul de profil supérieur est donné Figure 8. 15 Plus les minima locaux sont de taille importante, plus le nombre k d'itérations permettant le calcul du profil supérieur PS doit être élevé. Typiquement, pour un minimum local d'intensité 10 et de largeur 10 points comme illustré sur la figure 8, il est préférable d'utiliser au moins k=10 itérations. 20 La détection des maxima locaux peut être réalisée de façon complètement similaire. Un profil inférieur PI est obtenu en réalisant k itérations de calcul de moyenne locale en chaque point du profil et en remplaçant chaque point du profil extrait par sa moyenne locale lorsque ladite moyenne locale est inférieure audit point : PM(a) si PM(a) REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de l'état d'une surface courbe (2) de révolution, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à : - projeter au moins un faisceau lumineux (3) sur la surface (2) par l'intermédiaire d'au moins une tête de projection (5) déportée reliée à une source lumineuse (4) par au moins un élément (6) de conduction de la lumière ; - faire tourner la surface (2) autour de son axe de révolution ; - capturer des images successives des profils lumineux (8) reflétés sur la surface (2) par l'intermédiaire d'au moins un système (7) de capture d'images ; - extraire les profils lumineux ; - détecter sur les profils lumineux extraits, des minima locaux et des maxima locaux synonymes de défauts de surface. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extraction des profils lumineux consiste, dans chaque image capturée, à : - définir une zone d'intérêt (ROI) d'inspection correspondant à un ensemble de points de coordonnées situés entre des positions extrêmes prises par les profils lumineux (8) pendant la rotation de la surface ; - déterminer un point fixe (P0) en dehors de la zone d'intérêt (ROI) et calculer un ensemble de points extrêmes de la zone d'intérêt (ROI) dont la distance radiale par rapport au point fixe (P0) est extrême, les points extrêmes étant décalés angulairement entre eux d'un pas par rapport au point fixe, l'ensemble de points extrêmes calculés correspondant au profil lumineux extrait. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les points extrêmes sont des maxima. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les points extrêmes sont des minima. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection des minima locaux consiste à : 3066815 - 13 - calculer un profil supérieur (PS) au profil lumineux extrait (P) ; - soustraire le profil extrait (P) au profil supérieur (PS) pour obtenir un profil de minima locaux ; - détecter les points dont l'intensité est supérieure à une valeur déterminée, 5 correspondant à des minima locaux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le calcul du profil supérieur (PS) consiste à réaliser un calcul itératif de moyenne locale en chaque point du profil extrait (P) et en remplaçant chaque point du profil extrait (P) par sa moyenne locale 10 lorsque ladite moyenne locale est supérieure audit point. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection des maxima locaux consiste à : - calculer un profil inférieur (PI) au profil lumineux extrait (P) ; 15 - soustraire le profil inférieure (PI) au profil extrait (P) pour obtenir un profil de maxima locaux ; - détecter les points dont l'intensité est supérieure à une valeur déterminée, correspondant à des maxima locaux. 20 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le calcul du profil inférieur (PI) consiste à réaliser un calcul itératif de moyenne locale en chaque point du profil extrait (P) et en remplaçant chaque point du profil extrait (P) par sa moyenne locale lorsque ladite moyenne locale est inférieure audit point. 25 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à projeter au moins un faisceau lumineux (3) sous la forme d'une ligne de lumière par l'intermédiaire d'une source LED reliée à une tête de projection (5) déportée par au moins une fibre optique. 30 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les images successives des profils lumineux sont capturées par une caméra (7a) munie d'un objectif grand angle, placée au centre du rayon de courbure interne de la surface (2) de révolution. 3066815 - 14 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface courbe (2) de révolution consiste en une surface interne d'un pneumatique. 5