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Nouvelle approche d’imagerie 3D pour des mesures de volume très précises
1 juin 2010
Prenons l’exemple de saucissons! La méthode est simple: il faut mesurer la surface de la section transversale du produit, se déplaçant sur un convoyeur, et l’intégrer sur la longueur pour obtenir le volume.
Une fois celui-ci mesuré, une trancheuse peut être activée pour couper le saucisson à la dimension souhaitée. Ce produit étant imparfaitement cylindrique, on peut affiner la mesure en augmentant le nombre de sections mesurées. Comme seul le profil de la surface est visible en tout point de la longueur, l'aire de la section transversale doit être calculée en utilisant les mesures du profil. L'imagerie 3D est une technique bien établie pour mesurer des volumes; elle permet de contrôler les portions et de vérifier si la taille du produit correspond à celle de l'emballage. En profilométrie 3D traditionnelle, une ligne laser est projetée et imagée par la caméra.
En faisant déplacer l'objet devant la caméra (sur un convoyeur), l’aire de la section à cette position est directement liée au changement de forme et de position de la ligne laser dans l'image. Les données volumétriques 3D peuvent être calculées en intégrant toutes les mesures de sections obtenues. La précision de cette technique de profilométrie 3D repose sur trois critères: la fréquence d'obtention des données de sections, la résolution du profil, le nombre de caméras employées.
L'utilisation d'une seule caméra posera un problème d'occlusion partielle, si l'objet à mesurer présente des creux ou des bords indétectables par la caméra. L'installation d'un système laser à deux caméras, de chaque côté du profil, permettra d'imager les zones creuses également et de s’affranchir du problème d'occlusion. La mesure du profil se complique alors, puisque deux profils doivent être fusionnés, ce qui nécessite des corrections géométriques. Une autre difficulté réside dans le fait que le système à caméra unique, comme celui à deux caméras, se basent sur un objet régulier. Si tel n'est pas le cas, des erreurs significatives se produiront. Aussi, pour mesurer des objets de forme irrégulière (comme des saucissons), la solution est d'utiliser un système à trois caméras.
Pour ce faire, dans la pratique, on utilisera deux convoyeurs. L'espace entre les convoyeurs permet aux caméras et aux lasers une bonne visibilité du produit passant d'un convoyeur à l'autre.
Le processus de mesure
Le défi à relever c'est de réunir l’ensemble des coordonnées des points relatifs aux tranches, dans le même système de coordonnées, pour obtenir une tranche circulaire, et de résoudre la difficulté des zones se chevauchant, afin d'éviter un double comptage. Le chevauchement se produit car des parties du périmètre sont capturées par deux caméras simultanément. La calibration est réalisée à l'aide d'une pièce étalon, en acier inoxydable, dont l'image est obtenue sur le convoyeur, de la même manière que celle du saucisson. Ce profil complexe présente une géométrie dont les coordonnées sont connues et choisies, de sorte à situer l'origine du système de référence au centre de la pièce. Chacun des trois systèmes de caméras est calibré, sur l'étalon, en utilisant les coordonnées des sommets 3D dans le système de coordonnées de référence. En appliquant les paramètres de calibration de chaque système sur les mesures du périmètre du saucisson, les points reconstitués seront placés au bon endroit. Ces points peuvent ensuite être triés, de façon à éliminer les superpositions et donc tout risque de double comptage.
CVB pour l'imagerie 3D
Un logiciel sophistiqué est nécessaire, pour effectuer ce type de calcul en temps réel, à la vitesse de fonctionnement des lignes de production, et dans un véritable environnement d'usine. Cette fonction de mesure n'est qu'une parmi les vastes fonctions 3D, proposées dans la bibliothèque Common Vision Blox (CVB) de STEMMER IMAGING, outil d'imagerie indépendant du matériel, facilement intégrable dans un contexte industriel. Le projet a été réalisé en collaboration avec un partenaire, la société Aqsense SL, qui a fourni des simulations détaillées, afin de définir la précision du système avant la conception. Cette librairie de programmation modulaire, rapide et efficace, supporte toutes les technologies courantes d'acquisition.
La gamme CVB 3D comprend aussi le logiciel CVB Match 3D, qui permet de comparer l'image 3D d'un modèle parfait (golden template) aux images 3D des pièces à tester dans la ligne de production, en juxtaposant les deux images. Les différences, relevées en temps réel, entraînent le rejet ou la validation de la pièce. L'algorithme, travaillant en interne avec des nuages de points 3D, corrige automatiquement les erreurs de positionnement ou d'inclinaison et peut basculer les objets sur les six axes. Ainsi, un positionnement et une manipulation très précis des pièces n'est pas nécessaire, puisque CVB Match 3D aligne l'image de la pièce en 3D avant d'effectuer la comparaison. Avec un effort mécanique mini me, cette approche assure une cadence rapide d'inspection et un contrôle en ligne à 100%. STEMMER IMAGING peut également fournir le matériel nécessaire pour des mesures 3D rapides, dont des caméras, des lasers, des optiques et des cartes d'acquisition.
Puchheim, Germany
STEMMER IMAGING est une société active dans le domaine de la vision industrielle depuis 1987. Offrant une très large palette de produits et de services, l'entreprise est aujourd'hui le plus grand fournisseur de technologie de vision en Europe. En 1997, STEMMER IMAGING a présenté Common Vision Blox (CVB), une bibliothèque de programmation puissante pour le développement et la mise en œuvre de solutions de vision rapides et fiables, utilisée avec succès dans plus de 40.000 applications de part le monde.