La présente invention concerne le domaine technique du contrôle optique d'objets translucides ou transparents en vue de détecter d'éventuels défauts de ces objets.

L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour la détection de défauts absorbant et/ou réfractant la lumière, susceptibles d'apparaître sur des objets tels que des récipients en verre ou en matière plastique.

Il est connu d'inspecter de manière automatique et en ligne, des objets défilant à haute cadence devant un poste de contrôle optique comportant une source de lumière située d'un côté de l'objet et une caméra située de l'autre côté. La caméra réalise une image grâce à la lumière traversant les objets. Ce principe d'éclairage est dit par transmission.

Dans ces conditions d'observation avec une source de lumière uniforme et étendue par rapport à l'objet inspecté, les défauts de ces objets se comportent différemment selon leur nature et leur forme et peuvent être classés en deux catégories. Certains de ces défauts tels que des inclusions de matière non transparente absorbent la lumière et plus rarement des plis ou accidents de surface fortement marqués réfractent fortement la lumière. Dans ces conditions d'observation, ces défauts présentent un fort contraste dans l'image et sont considérés comme des défauts à fort contraste. D'autres défauts réfractants moins marqués tels que des bulles d'air, des plis en surface ou des variations locales d'épaisseur du matériau transparent provoquent dans ces conditions d'observation, un contraste insuffisant dans l'image pour pouvoir être détecté. De même, des défauts tels que des salissures diffusant la lumière ne permettent pas leur détection dans ces conditions d'observation. Ces défauts réfractants et diffusants sont dits à faible contraste.

Pour tenter de détecter les défauts de faible contraste, il est connu par exemple par les brevets EP 1 498 725, US 5 004 909 ou EP 0 344 617 d'utiliser comme source d'éclairage, une mire constituée par des bandes alternées noires et blanches. La mire observée à travers l'objet est déformée localement en présence de défauts faible contraste. Le traitement d'images détecte ainsi les transitions au niveau des transitions des bandes noires et blanches. L'inconvénient majeur d'une telle technique réside dans l'impossibilité de détecter correctement les défauts à fort contraste qui peuvent être situés dans les parties des bandes noires de l'image correspondant aux bandes noires de la mire. Aussi, pour assurer la détection à coup sûr des défauts à fort contraste et des défauts à faible contraste, il apparaît nécessaire de faire défiler successivement les objets devant deux postes différents de contrôle optique, ce qui entraîne un coût d'inspection relativement élevé et engendre un encombrement sur la ligne de fabrication.

Pour tenter de remédier à cet inconvénient, le brevet FR 2 794 242 a proposé de créer au niveau de la source d'éclairage, des variations de lumière suffisamment lentes pour ne pas être détectées comme des défauts, mais ayant un effet d'augmentation de contraste pour les défauts faible contraste. Cette solution présente l'avantage d'utiliser une seule source de lumière pour détecter deux types de défauts. Cependant, il apparaît que les variations de lumière entre différentes régions de la source d'éclairage ne sont pas perceptibles sous forme de lignes de mire déformées, ce qui ne permet pas de détecter les défauts réfractants très faiblement contrastés.

Par ailleurs, le document EP 1 494 012 décrit une machine d inspection comportant plusieurs types de sources d'éclairage adaptées pour détecter chacune un type spécifique de défauts. La machine comporte une interface homme-machine permettant de sélectionner la source d'éclairage en fonction du type de défaut à déceler. Une telle machine ne permet pas de détecter en ligne des défauts qui requièrent plusieurs types de défauts, sur des objets défilant à haute cadence.

L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une nouvelle technique permettant de détecter correctement et à faible coût les défauts faible contraste et les défauts fort contraste susceptibles d'apparaître dans des objets transparents ou translucides défilant à haute cadence.

L'objet de l'invention concerne un procédé optique d'inspection en ligne d'objets transparents ou translucides défilant à haute cadence entre une source lumineuse et des moyens de prise d'images des objets et d'analyse des images prises, afin de détecter des défauts dans les objets.

Selon l'invention le procédé comprend les étapes définies dans la revendication 1.

Selon une variante préférée de réalisation, le procédé consiste à piloter la source lumineuse de manière que le deuxième type d'éclairage est formé de zones sombres et de zones claires alternées avec une variation spatiale discontinue s'établissant selon un cycle périodique de valeur constante ou non.

Avantageusement, le procédé consiste à piloter la source lumineuse de manière que les longueurs des phases de transition tendent vers une longueur nulle.

De préférence, le procédé consiste à piloter la source lumineuse de manière que le niveau haut d'intensité lumineuse soit au moins supérieur au niveau bas d'intensité lumineuse, avec le niveau haut d'intensité lumineuse étant au moins suffisant pour traverser les objets tandis que le niveau bas d'intensité lumineuse tend vers une valeur nulle.

Selon un autre exemple de réalisation, le procédé consiste à piloter la source lumineuse de manière que les niveaux hauts (respectivement les niveaux bas) de l'intensité lumineuse des zones claires (respectivement des zones sombres) présentent des valeurs distinctes pour différents cycles.

Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif d'inspection optique en ligne d'objets transparents ou translucides défilant à haute cadence entre une source lumineuse et des moyens de prise d'images des objets et d'analyse des images prises afin de détecter des défauts dans les objets.

Selon l'invention, le dispositif comprend les caractéristiques définies dans la revendication 6.

Selon une première variante de réalisation, la source lumineuse est réalisée par une série de sources élémentaires réunies en zones accolées indépendamment, commandées en intensité et/ou en durée d'éclairement, un guide de lumière étant disposé devant chaque zone de manière à obtenir en sortie de chaque guide, une lumière homogène en intensité.

Par exemple, chaque guide de lumière est réalisé par un parallélépipède de matière transparente.

Selon un autre exemple, chaque guide de lumière est réalisé par un canal délimité par des parois dont au moins certaines d'entre elles séparent les guides de lumière entre eux.

De préférence, au moins un diffuseur est interposé sur le trajet de la lumière émise par les sources élémentaires.

Selon une autre variante de réalisation, la source lumineuse est réalisée par une source de lumière uniforme devant laquelle est placé un écran à cristaux liquides piloté pour rendre opaque ou transparente des zones déterminées.

Selon une autre variante de réalisation, la source lumineuse est réalisée par un système de projection sur un écran de reprise, d'images correspondant soit à une image homogène claire soit à une image comportant des zones sombres et des zones claires alternées avec une variation spatiale discontinue.

Selon une autre variante de réalisation, la source lumineuse est réalisée par une série de diodes électroluminescentes organiques réunies en zones accolées, indépendamment commandées en intensité et/ou en durée d'éclairement.

Selon une caractéristique avantageuse, un écran commandé électriquement pour occuper soit un état transparent soit un état diffusant, est disposé sur le trajet de la lumière de la source lumineuse.

Selon une autre variante de réalisation, la source de lumière est composée de sources élémentaires réunies en zones indépendamment commandées en intensité et/ou en durée d'éclairement, un écran commandé électriquement pour occuper soit un état transparent soit un état diffusant étant disposé sur le trajet de la lumière.

Avantageusement, le dispositif comporte un filtre polariseur linéaire ou circulaire devant la source d'éclairage et un filtre linéaire ou circulaire devant les moyens de prise d images

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.

• La Figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'inspection optique en ligne conforme à l'invention.
• Les Figures 2A et 2B illustrent respectivement un premier et un deuxième type d'éclairage d'une source d'éclairage conforme à l'invention.
• Les Figures 2C et 2D illustrent deux exemples de réalisation d'un premier type d'éclairage.
• La Figure 3 illustre le cycle de la variation du niveau 1 de lumière d'un deuxième type d'éclairage de la source conforme à l'invention selon une direction spatiale h.
• Les Figures 4 et 5 illustrent un exemple de réalisation d'une source d'éclairage conforme à l'invention produisant deux types d'éclairage distincts.
• La Figure 6 illustre un autre exemple de réalisation d'une source d'éclairage conforme à l'invention produisant deux types d'éclairage distincts.
• La Figure 7 est une vue en coupe-élévation montrant un détail caractéristique de la source d'éclairage illustrée à la Fig. 6.

Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 1, l'objet de l'invention concerne un dispositif d'inspection optique 1 permettant de contrôler en ligne des objets 2 défilant à haute cadence selon une direction de convoyage D. Par exemple, ces objets transparents ou translucides 2 sont des récipients du type bouteille, flacon ou pot en verre ou en matière plastique. Le dispositif d'inspection optique 1 est apte à détecter des défauts apparaissant dans les parois des objets 2. Le poste optique 1 comporte une source lumineuse 3 et des moyens 4 de prise et d'analyse d'images des objets défilant entre la source lumineuse 3 et les moyens 4. De manière classique, les moyens 4 sont réalisés par l'intermédiaire d'une caméra 5 reliée à une unité 6 de traitement des images afin de détecter des défauts présentés par les objets 2. La caméra 5 peut être une caméra matricielle ou une caméra linéaire.

Le dispositif d'inspection optique 1 comporte des moyens 9 pour piloter la source lumineuse 3 de manière que ladite source lumineuse puisse produire successivement, à haute cadence, deux types d'éclairage tels qu'illustré aux Fig. 2A et 2B. La source lumineuse 3 est ainsi pilotée pour produire un premier type d'éclairage illustré à la Fig. 2A correspondant à un éclairage homogène et uniforme permettant d'éclairer au moins toutes les parties de l'objet à inspecter. Par ailleurs, les moyens 9 pilotent la source lumineuse 3 de manière à produire un deuxième type d'éclairage illustré plus particulièrement à la Fig. 2B et formé d'une alternance de zones sombres s et de zones claires c avec une variation spatiale discontinue. Les zones sombres s et les zones claires c sont alternées selon un pas ou un cycle qui est périodique ou non périodique comme cela sera expliqué dans la suite de la description.

Dans l'exemple illustré à la Fig. 2B, les zones sombres s et les zones claires c sont des bandes horizontales alternées noires et blanches s'établissant selon un cycle périodique. Il est clair qu'il peut être envisagé de réaliser une alternance de zones sombres s et claires c, différentes de bandes horizontales. Par exemple, il peut être envisagé de réaliser des zones sombres et claires s'étendant verticalement, en oblique ou se présentant sous la forme de motifs adaptés aux objets à inspecter. Il pourrait être ainsi envisagé de réaliser des zones noires s et blanches c sous la forme d'un damier ou d'un réseau de zones noires et blanches juxtaposées.

La Fig. 3 permet d'expliciter le deuxième type d'éclairage fourni par la source lumineuse 3. Le cycle de variation spatiale du niveau I de la lumière dans le sens transversal h aux bandes alternées sombres s et claires c comporte quatre phases successives suivantes :

• une phase P_H de maintien sur une longueur L_H d'un niveau haut d'intensité lumineuse I_H à une valeur sensiblement constante,
• une phase P_B de maintien sur une longueur L_B d'un niveau bas d'intensité lumineuse I_B à une valeur sensiblement constante,
• une phase P_HB de transition de l'intensité haute I_H vers l'intensité basse I_B de longueur L_HB,
• une phase P_BH de transition de l'intensité basse I_B vers l'intensité haute I_H de longueur L_BH.

Il doit être noté que les longueurs L_HB et L_BH des phases de transition sont très petites devant les longueurs L_B et L_H des phases de maintien aux intensités basse et haute. En d'autres termes, les phases de transition sont raides et de fortes pentes de sorte que les longueurs L_HB et L_BH tendent vers une valeur nulle. Dans la mesure où les longueurs L_HB et L_BH tendent vers une longueur nulle, le cycle de variation spatiale de la lumière est dit discontinu.

Il doit être considéré que les niveaux bas I_B et haut I_H d'intensité lumineuse sont sensiblement constants, c'est-à-dire présentent une variation δ minimale telle que cette variation δ est très petite devant la différence de niveau entre les intensités haute et basse.

Il est à noter que le niveau d'intensité haut I_H des zones claires c est au moins suffisant pour traverser les objets et donner un niveau de signal maximum sans saturation de la caméra. Le niveau d'intensité haut I_H est supérieur au niveau d'intensité bas I_B. De préférence, le niveau d'intensité haut I_H des zones claires c est très grand devant le niveau d'intensité bas I_B des zones sombres s. Par exemple, le niveau d intensité I_H est au moins deux fois supérieur au niveau bas d'intensité lumineuse I_B. Par exemple, le niveau d'intensité bas I_B des zones sombres correspond à l'absence de lumière.

Dans l'exemple illustré à la Fig. 2B, le deuxième type d'éclairage fournit une lumière avec une variation spatiale cyclique périodique de valeur constante. En effet, un couple formé d'une zone claire c et d'une zone sombre s présente une longueur (égale à la somme des longueurs des quatre phases à savoir, L_H, L_B, L_HB, L_BH) qui est égale aux longueurs des autres couples de zones claires et de zones sombres. La lumière varie donc spatialement de manière discontinue selon un cycle périodique de valeur constante.

Bien entendu, le deuxième type d'éclairage peut fournir une lumière avec une variation spatiale cyclique périodique de valeur non constante comme illustrée à la Fig. 2C. Dans ce cas, les longueurs des couples de zones claires c et de zones sombres s sont différentes. Ainsi, sur au moins une et dans l'exemple illustré à la Fig. 2C, sur deux parties a de sa longueur, la lumière présente une variation spatiale discontinue selon un cycle périodique dont la valeur est différente du cycle périodique de variation sur la partie b. Dans l'exemple, la longueur des bandes alternées sombres et claires sur la partie a est plus importante que la longueur des bandes alternées sombres et claires réalisées sur la partie b. Cette solution permet d'adapter l'éclairage aux différentes formes que peut présenter un objet à inspecter. Il est à noter que le deuxième type d'éclairage peut fournir une lumière avec une variation spatiale discontinue cyclique non périodique. Dans ce cas, les zones sombres s et claires c possèdent des longueurs qui varient sans faire apparaître de cycle qui se répète comme illustré par exemple à la Fig. 2D.

Dans l'exemple illustré à la Fig. 2A, les valeurs du niveau haut d'intensité lumineuse I_H sont sensiblement identiques pour toutes les zones claires c. De même, les niveaux bas d'intensité lumineuse I_B sont sensiblement identiques pour toutes les zones sombres s. Bien entendu, il peut être envisagé que le niveau haut d'intensité lumineuse I_H (et/ou respectivement le niveau bas I_B) présente des valeurs distinctes pour différents cycles, c'est-à-dire pour au moins certaines des zones claires (et/ou respectivement les zones sombres s). Par exemple, il peut être prévu que la source lumineuse possède deux niveaux hauts d'intensité lumineuse pour les différentes zones claires c situées respectivement dans les zones a et b de la source illustré à la Fig. 2C. De même, il peut être prévu que la source lumineuse possède deux niveaux bas d'intensité lumineuse I_B pour les différentes zones sombres s situées respectivement dans les zones a et b de la source illustrée à la Fig. 2C.

Les Fig. 4 et 5 illustrent un exemple préféré de réalisation d'une source d'éclairage 3 conforme à l'invention. Selon cet exemple, la source lumineuse 3 est réalisée par une série de sources lumineuses élémentaires 11 réunies en plusieurs zones accolées Z indépendamment commandées en intensité et/ou en durée d'éclairement. Dans l'exemple illustré, les sources lumineuses élémentaires 11 sont organisées en rangées horizontales définissant, chacune une zone Z de sources élémentaires 11. Les sources lumineuses élémentaires 11 d'une même zone Z sont commandées simultanément soit en éclairage soit en extinction. Les sources lumineuses élémentaires 11 d'une zone Z sont commandées de manière indépendante des sources lumineuses élémentaires 11 des autres zones Z. Par exemple, les sources lumineuses élémentaires 11 sont réalisées par des diodes électroluminescentes montées sur un circuit imprimé 12. Devant chaque zone Z, est disposé un guide de lumière 13 adapté pour conduire la lumière émise par les sources élémentaires 11 de la zone Z jusqu'à une face d'émission 14. Ces guides de lumière 13 permettent ainsi d'obtenir en sortie, une lumière homogène en intensité. Dans l'exemple de réalisation illustré aux Fig. 4 et 5, chaque guide de lumière 13 est constitué par un parallélépipède réalisé en un matériau transparent tel que du verre ou une matière plastique telle que du polycarbonate ou polyacrylique. Chaque guide de lumière 13 conduit la lumière en son sein en canalisant les faisceaux lumineux par réflexions successives sur leurs parois.

Avantageusement, les guides de lumière 13 sont accolés ou juxtaposés les uns aux autres. Dans l'exemple illustré, les guides de lumière 13 sont superposés les uns aux autres en s'étendant horizontalement. Il est à noter que chaque guide de lumière 13 canalise les faisceaux lumineux empêchant la lumière issue d'une zone éclairée Z de passer dans le guide de lumière d'une zone adjacente Z. Si lorsqu'une zone éclairée est adjacente à une zone éteinte, il apparaît au niveau de la sortie une séparation nette entre la zone éclairée et la zone éteinte. Avantageusement, il peut être prévu d'interposer sur le chemin de la lumière, des diffuseurs 15 renforçant l'homogénéité de l'éclairage dans chaque guide de lumière 13.

Les Fig. 6 et 7 illustrent un autre exemple de réalisation des guides de lumière 13. Selon cet exemple de réalisation, chaque guide de lumière 13 est réalisé par un canal ou une chambre délimité par des parois 17 dont au moins certaines d'entre elles séparent les guides de lumière entre eux. Ainsi, il peut être prévu de former une boîte comportant une série de plaques 17 par exemple métalliques, s'étendant parallèlement les unes aux autres en étant maintenues latéralement par deux plaques de côté 17₁ s'étendant perpendiculairement aux plaques 17. Par exemple, les côtés opposés des plaques 17 sont engagés dans des lumières aménagées dans les plaques de côté 17₁ assurant le positionnement des plaques 17. Tel que cela ressort de la Fig. 7, les plaques de côté 17₁ sont destinées à être reliées entre elles par le circuit imprimé 12 qui forme ainsi le panneau de fond de la boîte. Les plaques 17 sont montées pour venir s'étendre jusqu'au circuit imprimé 12 en étant fixées ou non au circuit imprimé 12 permettant de séparer la lumière d'un guide de lumière à l'autre. Chaque guide de lumière 13 est donc délimité par deux plaques parallèles voisines 17 et les parties des plaques de côté 17₁. Selon cet exemple de réalisation, chaque guide de lumière 13 possède ainsi une section droite transversale rectangulaire. Par exemple, les deux plaques parallèles voisines 17 sont montées de part et d'autre d'au moins une et par exemple deux rangées de diodes électroluminescentes 12 de manière à conduire la lumière jusqu'à la face d'émission 14 située au niveau des bords d'extrémités des plaques, opposés de ceux situés à proximité du circuit imprimé 12. Bien entendu, il peut être prévu d'interposer sur le chemin de la lumière, des diffuseurs 15 renforçant l'homogénéité de l'éclairage dans chaque guide de lumière 13.

La commande des sources lumineuses élémentaires 11 par zone permet d'obtenir l'éclairage et/ou l'extinction de ladite zone. Il peut ainsi être prévu de réaliser le premier type d'éclairage en assurant la commande en éclairage des sources lumineuses élémentaires 11 de l'ensemble des zones Z conduisant à la production d'un éclairage homogène résultant de la juxtaposition des sorties des guides de lumière (Fig. 4). La source lumineuse 3 est apte à fournir le second type d'éclairage par commande alternée en éclairement-extinction par zones Z des sources lumineuses élémentaires 13. Cette commande permet d'obtenir une alternance de zones sombres s et de zones claires c à savoir des bandes alternées noires et claires comme illustré à la Fig. 5.

La source de lumière 3 conforme à l'invention peut être réalisée de manière différente. Par exemple, il peut être prévu de réaliser une source de lumière uniforme, par exemple au moyen d'un ensemble de sources élémentaires telles que des diodes électroluminescentes disposées derrière un diffuseur. Ces sources élémentaires peuvent être remplacées par des tubes fluorescents haute fréquence ou toute autre type de source de lumière continue ou pilotable. Devant cette source uniforme, il est disposé un élément pilotable comprenant plusieurs zones indépendantes pouvant être rendues transparentes ou opaques selon une commande électrique. Une telle fonction peut être réalisée au moyen d'un écran à cristaux liquides.

De même, la source lumineuse 3 peut être réalisée par un système de projection d'images sur un écran de reprise des images tel qu'un vidéo projecteur à base de cristaux liquides ou de DLP (digital light processing). Le système ainsi projette sur l'écran soit une image homogène claire correspondant au premier type d'éclairage soit une image comportant des zones sombres et des zones claires alternées avec une variation spatiale discontinue correspondant au deuxième type d'éclairage.

Selon un autre exemple de réalisation, la source lumineuse 3 peut être réalisée à partir de sources lumineuses élémentaires réunies en zones accolées indépendamment commandées en intensité et/ou en durée d'éclairement. De préférence, les sources lumineuses élémentaires sont des diodes électroluminescentes organiques (OLED).

Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, il peut être prévu de disposer, sur le trajet de la lumière produite par la source lumineuse 3, un écran commandé électriquement pour occuper soit un état transparent lorsque la source émet le deuxième type d'éclairage soit un état diffusant lorsque la source émet le premier type d'éclairage. Il est à noter qu'un tel écran commandé électriquement, pour occuper deux états, peut être placé sur le trajet de la lumière des diverses variantes de réalisation de la source lumineuse 3 décrites ci-dessus.

Le dispositif d'inspection 1 comporte des moyens 4 permettant de prendre des images des objets éclairés par les deux types d'éclairage. Les moyens 4 comportent également des moyens de traitement des images prises avec les éclairages de premier et de second type en vue de détecter respectivement les défauts à fort contraste et les défauts à faible contraste.

Le dispositif d'inspection 1 conforme à l'invention permet ainsi de combiner dans un seul poste de contrôle, la détection des défauts faible contraste et la détection des défauts fort contraste sans perdre de performance pour chacune de ces détections. A cet effet, il doit être considéré que l'objet de l'invention permet ainsi de piloter la source lumineuse 3 de manière que ladite source puisse produire successivement deux types d'éclairage à savoir un éclairage homogène et un éclairage formé d'une alternance de zones sombres s et de zones claires c avec une variation spatiale cyclique discontinue. La source d'éclairage unique 3 produit donc, successivement à haute cadence, un éclairage le plus uniforme possible puis un éclairage avec un motif nettement contrasté, par exemple, une alternance de bandes horizontales noires et blanches. La caméra 5 est apte à prendre successivement et rapidement au moins deux images des objets à contrôler qui défilent à haute cadence devant le dispositif d'inspection conforme à l'invention. Ces objets 2 ne se sont pratiquement pas déplacés entre les deux prises de vue et restent ainsi dans le champ de la caméra et de la source lumineuse 3. L'unité de traitement d'images 6 analyse des images prises avec la source homogène de manière à détecter des variations locales brutales de niveau de gris en vue de détecter des défauts à fort contraste. L'unité de traitement 6 analyse les images prises avec l'éclairage formé d'une alternance de zones sombres s et de zones claires c avec une variation spatiale discontinue en vue de détecter des défauts à faible contraste. A cet effet, l'unité 6 analyse les images prises en détectant les transitions des niveaux de gris au niveau des transitions des bandes noires et blanches.

Il est à noter que le dispositif d'inspection peut également comporter un filtre polariseur linéaire ou circulaire disposé devant la source d'éclairage 3 et un filtre linéaire ou circulaire devant les moyens 4 de prise d images. De tels filtres permettent d'assurer la détection des défauts du type stress.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.