CA2518702C - Procede de mesure d'objets tridimensionnels par ombroscopie optique a une seule vue - Google Patents
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Abstract
Procédé de mesure d'objets tridimensionnels par ombroscopie optique à une seule vue. Selon l'invention, pour mesurer au moins un paramètre géométrique d'un tel objet (32) , par exemple l'épaisseur d'une sphère creuse, translucide ou transparente vis vis d'une lumière visible, on détermine des caractéristiques optiques de l'objet, à l'aide desquelles on établit au moins un modèle optique de la propagation de la lumière à travers l'objet, ce modèle comportant une équation qui relie le paramètre au résultat d'une observation effectuée directement sur une image de l'objet, cette image étant acquise en observant cet objet par ombroscopie à une seule vue, on acquiert cette image, on effectue l'observation, et l'on détermine le paramètre à l'aide de l'équation et du résultat de l'observation.
Description
2 PCT/FR2004/050099 PROCÉDÉ DE MESURE D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS PAR
OMBROSCOPIE OPTIQUE Ä UNE SEULE VLTE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé
de mesure, ou caractérisation, sans contact, d'objets tridimensionnels, plus particulièrement d'objets tridimensionnels qui sont transparents à une lumière visible ou du moins translucides vis à vis de cette lumière.
L'invention s'applique notamment .
- à la mesure sans contact de l'épaisseur d'une sphère creuse transparente ou d'un cylindre creux transparent, - à la mesure sans contact de l'épaisseur d'une couche transparente ou d'un dëpôt transparent, placée) à l'intérieur d'une telle sphère ou d'un tel cylindre, - à la mesure sans contact de la déformation ou de la rugosité de la surface interne d'une telle sphère ou d'un tel cylindre, et - à la mesure sans contact de la déformation ou de la rugosité d'une couche transparente ou d'un dépôt transparent, placée) à l'intérieur d'une telle sphère ou d'un tel cylindre.
ETAT DE I~A TECHNIQUE ANTERIEURE
Pour mesurer sans contact un objet tridimensionnel, il est connu d'utiliser la tomographie tridimensionnelle.
Cependant, cette technique nécessite d'observer l'objet sous plusieurs incidences, ce qui n'est pas possible dans le cas où l'objet est placé
dans une infrastructure complexe.
Dans le cas où l'objet est tridimensionnel, il est également connu d'utiliser une technique qui est appelée e< tomographie à une seule vue ».
Selon cette dernière technique, qui nécessite des rayons X, on forme une image au moyen d' un code de calcul fondé sur un modèle d' objet choisi a priori.
L'ïmage ainsi obtenue est comparée à une image radiographique simulée et le modèle est ensuite déformé de manière itérative jusqu'à ce que l'image simulée coïncide avec l'image expérimentale.
La reconstruction s'appuie sur une hypothèse de symétrie de révolution de l'objet.
La tomographie à une seule vue est ainsi une technique complexe et difficile à mettre en ouvre.
En outre, pour mesurer des épaisseurs et des diamètres de sphères creuses, il est connu d'utiliser l'interférométrie et la radiographie X.
L'interférométrie est une méthode précise, utilisable dans une infrastructure complexe, mais elle est assez délicate à mettre en oeuvre.
Quant à la radiographie X, elle n'est pas utilisable lorsque l'objet devant être mesuré est placé
OMBROSCOPIE OPTIQUE Ä UNE SEULE VLTE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé
de mesure, ou caractérisation, sans contact, d'objets tridimensionnels, plus particulièrement d'objets tridimensionnels qui sont transparents à une lumière visible ou du moins translucides vis à vis de cette lumière.
L'invention s'applique notamment .
- à la mesure sans contact de l'épaisseur d'une sphère creuse transparente ou d'un cylindre creux transparent, - à la mesure sans contact de l'épaisseur d'une couche transparente ou d'un dëpôt transparent, placée) à l'intérieur d'une telle sphère ou d'un tel cylindre, - à la mesure sans contact de la déformation ou de la rugosité de la surface interne d'une telle sphère ou d'un tel cylindre, et - à la mesure sans contact de la déformation ou de la rugosité d'une couche transparente ou d'un dépôt transparent, placée) à l'intérieur d'une telle sphère ou d'un tel cylindre.
ETAT DE I~A TECHNIQUE ANTERIEURE
Pour mesurer sans contact un objet tridimensionnel, il est connu d'utiliser la tomographie tridimensionnelle.
Cependant, cette technique nécessite d'observer l'objet sous plusieurs incidences, ce qui n'est pas possible dans le cas où l'objet est placé
dans une infrastructure complexe.
Dans le cas où l'objet est tridimensionnel, il est également connu d'utiliser une technique qui est appelée e< tomographie à une seule vue ».
Selon cette dernière technique, qui nécessite des rayons X, on forme une image au moyen d' un code de calcul fondé sur un modèle d' objet choisi a priori.
L'ïmage ainsi obtenue est comparée à une image radiographique simulée et le modèle est ensuite déformé de manière itérative jusqu'à ce que l'image simulée coïncide avec l'image expérimentale.
La reconstruction s'appuie sur une hypothèse de symétrie de révolution de l'objet.
La tomographie à une seule vue est ainsi une technique complexe et difficile à mettre en ouvre.
En outre, pour mesurer des épaisseurs et des diamètres de sphères creuses, il est connu d'utiliser l'interférométrie et la radiographie X.
L'interférométrie est une méthode précise, utilisable dans une infrastructure complexe, mais elle est assez délicate à mettre en oeuvre.
Quant à la radiographie X, elle n'est pas utilisable lorsque l'objet devant être mesuré est placé
3 dans une infrastructure complexe et ne peut être manipulé depuis l'extérieur de cette infrastructure.
Ainsi la mesure sans contact des dimensions d'un objet tridimensionnel et transparent (ou translucide) rencontre-t-elle de nombreuses difficultés, en particulier lorsque l'on veut mesurer une caractéristique interne de l'objet.
EXPOSÉ DE h'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
Elle utilise, pour ce faire, une technique de mesure par ombroscopie optique (« backlit shadowgraphy »), qui s'applique à la caractérisation d'objets observables sous un seul angle de vue, notamment dans le cas où il est difficile d'accéder à
ces objets. En outre, l'invention utilise de préférence un système d'acquisition d'images qui est mis au point sur un plan de l'objet étudié.
De façon précise, la présente invention a pour objet un procëdé de mesure sans contact d'au moins un paramètre géométrique d'un objet tridimensionnel, cet objet tridimensionnel étant translucide ou transparent vis à vis d'une lumière visible, ce procédé
étant caractérisé en ce que - on détermine des caractéristiques optiques de l'objet, - à l'aide de ces caractéristiques optiques, on établit au moins un modèle optique de la propagation de la lumière visible à travers l'objet, ce modèle comportant une équation qui relie le paramètre
Ainsi la mesure sans contact des dimensions d'un objet tridimensionnel et transparent (ou translucide) rencontre-t-elle de nombreuses difficultés, en particulier lorsque l'on veut mesurer une caractéristique interne de l'objet.
EXPOSÉ DE h'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
Elle utilise, pour ce faire, une technique de mesure par ombroscopie optique (« backlit shadowgraphy »), qui s'applique à la caractérisation d'objets observables sous un seul angle de vue, notamment dans le cas où il est difficile d'accéder à
ces objets. En outre, l'invention utilise de préférence un système d'acquisition d'images qui est mis au point sur un plan de l'objet étudié.
De façon précise, la présente invention a pour objet un procëdé de mesure sans contact d'au moins un paramètre géométrique d'un objet tridimensionnel, cet objet tridimensionnel étant translucide ou transparent vis à vis d'une lumière visible, ce procédé
étant caractérisé en ce que - on détermine des caractéristiques optiques de l'objet, - à l'aide de ces caractéristiques optiques, on établit au moins un modèle optique de la propagation de la lumière visible à travers l'objet, ce modèle comportant une équation qui relie le paramètre
4 géométrique de l'objet au résultat d'une observation effectuée directement sur une image de l'objet, cette image étant acquise en observant cet objet avec la lumière visible, par ombroscopie optique à une seule vue, - on acquiert cette image de l'objet, - on effectue l'observation, et - on détermine le paramètre géométrique de l'objet à l'aide de l'équation et du résultat de l'observation.
De préfërence, le modèle optique est en outre établi à partir d'expériences et l'image est acquise au moyen d'un système d'acquisition d'images en lumière visible, en effectuant la mise au point de ce système d'acquisition d'images sur un plan de coupe de l'objet étudié.
Selon un mode de mise en ouvre préféré du procédé objet de l'invention, on utilise un.logiciel de lancé de rayons (« ray tracing software »), destiné à
obtenir des images d'objets, pour déterminer le modèle, ce logiciel permettant de connaître l'influence de l'objet sur la propagation de la lumière visible.
De préférence, on effectue en outre des simulations d'images d'ombroscopie optique 'd'objets auxiliaires pour établir le modèle, ces objets auxiliaires ayant des caractéristiques géométriques respectives différentes, et l'on combine ces simulations d'images par une régression multilinéaire.
Cette régression multilinéaire met de préférence en ouvre un critère de minimisation de l'erreur au sens des moindres carrés par exemple.
On peut utiliser un logiciel de tracé de rayons pour effectuer les simulations.
On peut notamment mesurer, conformément à
l'invention, au moins un paramètre géométrique d'un objet creux à partir de l'image d'une coupe plane de l'objet.
Selon un premier mode de mise en aeuvre particulier du procédé objet de l'invention, l'objet est une sphère creuse, ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de cette paroi, l'image de la sphère creuse comportant un anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe de la sphère, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'image de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe de la sphère et du rayon de l'anneau blanc.
Selon un deuxième mode de mise en aeuvre particulier du procédé objet de l'invention, l'objet est un cylindre creux, ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de cette paroi, l'image du cylindre creux comportant un anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe du cylindre, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'ïmage de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe du cylindre et du rayon de l'anneau blanc.
Ze rayon externe peut être déterminé à
l'aide de la méthode des dérivées directionnelles.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'objet est creux et contient une couche ou un dépôt d'une matière qui est transparente ou translucide, et l'on détermine l'épaisseur de ce dépôt ou de cette couche.
Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, l'objet est creux et comporte une paroi interne, et l'on détermine la déformation ou la rugosité de cette paroi interne.
Selon un mode de réalisation préfëré de l'invention, on utilise un dispositif d'ombroscopie optique comprenant une source de lumière visible, des moyens de collimation de cette source et des moyens d'acquisition d'images, comportant une optique, un capteur d'images et des moyens de réglage de l'ouverture numérique de l'optique, cette optique étant placée entre l'objet et le capteur d'images et permettant de former l'image du plan de coupe de l'objet étudië sur le capteur d'images, et l'on règle la collimation de la source et l'ouverture numérique de l'optique.
Le capteur d'images peut comprendre un dispositif à transfert de charges.
Le procédé objet de l'invention présente des avantages . son coût de mise en ouvre est faible et le matériel nécessaire à cette mise en ouvre est relativement facile à mettre en place dans une infrastructure complexe car ce matériel se limite à une source lumineuse et une caméra.
BR~VE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels .
- les figures lA et 1B illustrent schématiquement la formation de bandes blanches, pour des sphères creuses dont les parois respectives ont des épaisseurs différentes, - les figures 2A et 2B montrent respectivement une image réelle et une ïmage simulée d'une sphère creuse, - la figure 2C montre le profil d'une demi-ligne de l'image simulée de la figure 2B, - la figure 3 montre un profïl radial d'une image à traiter, - la figure 4 est une vue schématique d' un dispositif permettant de mettre en ouvre un procédé
conforme à l'invention, - la figure 5A montre l'image ombroscopique d'un cylindre creux, et - la figure 5B montre le profil de l'image de la figure 5A.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Ze principe de mesure, qui est utilisé dans l'invention pour la mesure d'un objet, est fondé sur l'observation de l'objet par ombroscopie en lumière visible, en association avec un modèle optique de propagation de la lumière.
Ce prïncipe de mesure prend en compte les phénomènes physiques de propagation de la lumière dans les différents matériaux translucides ou transparents que comporte l'objet, notamment aux différentes interfaces de l'objet, et permet de raccorder la mesure directement effectuée sur l'image d'ombroscopie avec les grandeurs dimensionnelles physiques internes de l'objet étudié, par l'intermédiaire de l'équation du modèle.
Certes, pour étudier un objet plan, l'ombroscopie est une méthode de mesure peu coûteuse et simple à utiliser. Par une mesure directe sur l'image de l'objet, il est possible de connaître par exemple la taille de l'objet.
Cependant, pour l'ëtude d'un objet en trois dimensions par ombroscopie, l'analyse directe de l'image ne fournit pas assez d'informations car l'image observée d'une coupe de l'objet n'est pas uniquement l'image de la coupe à travers l'objectif du dispositif d'ombroscopie utilisé mais aussi l'image de la coupe à
travers l'objectif et l'objet lui-même.
Il serait possible de retrouver les caractëristiques de la coupe étudiée si l'influence de l'objet sur la propagation du faisceau lumineux incident était connue. Cette influence peut être décrite par les équations de l'optique géométrique mais celles-ci ne sont valables que dans certains domaines (approximations de Gauss et, en particulier, faible angle de réfraction des rayons lumineux).
Dans le cas où des objets de faible rayon de courbure sont étudiés par le procédé de l'invention, les conditions nécessaires à l'utilisation des équations de l'optique .géométrique ne sont pas respectées.
Afin de connaître l'influence de l'objet étudié sur la propagation de la lumière, on peut utiliser un logiciel de lancé de rayons. Ce logiciel met en oeuvre les équations de propagation des rayons lumineux à travers plusieurs dioptres optiques qui séparent des matériaux d'indices optiques différents.
Za connaissance des caractéristiques optiques de l'objet à étudier permet de créer un modèle mathématique qui met en relation un phénomène observé
sur l'image obtenue et les dimensions réelles de l'objet étudié ou, plus généralement, des paramètres géométrïques de cet objet.
Ce modèle mathématique est obtenu par la combinaison de résultats de. mesures sur des images ombroseopiques simulées, grâce à la régression multilinéaire. A ce sujet, on se reportera au document suivant .
G. Sado, M.C. Sado, « Zes plans d'expériences. De l'expérimentation à l'assurance qualïté », AFNOR 1991.
Par le procédé de l'invention, on a étudié
des sphères creuses. Il est difficile de connaître l'épaisseur d'une telle sphère par une mesure directe sur son image ombroscopique car les rayons lumineux sont réfractés sur les différentes interfaces internes et externes de la sphère.
Sur l'image ombroscopique d'une sphère creuse apparaît un anneau blanc. Celui-ci est formé par la superposition de rayons lumineux semblant provenir du même point.
La figure lA (respectivement 1B) illustre schématiquement, en coupe transversale, la formation de cet anneau, ou bande, au point A pour une sphère, ou bille, creuse 4, dont le rayon externe vaut 1000~m et l'épaisseur 100~,m (respectivement 200~.m). Les références 6, 8 et 10 désignent respectivement la source lumineuse du dispositif d'ombroscopie utilisé
pour la formation de l'image, l'objectif de ce dispositïf et les rayons lumineux qui sont issus de la source 6 et interagissent avec la sphère 4 et l'objectif 8.
A la suite à plusieurs simulations, il s'est avéré que le rayon de cet anneau blanc est directement lié à l'épaisseur et au rayon externe de la sphère étudiée. Le but des modélisations est de mettre en relation cette épaisseur et ce rayon externe avec le rayon de l'anneau blanc.
Ainsi, en connaissant le rayon de l'anneau, ou bande, et le rayon externe de la sphère (ce dernier étant mesurable facilement sur l'image, si le système optique du dispositif d'ombroscopie est focalisé sur l'équateur de la sphère), il est possible de déterminer l'épaisseur de la sphère en utilisant l'équation du modèle que l'on a dëterminé au prëalable.
Dans ce qui suit, les différentes étapes d'un procédé conforme à l'invention sont décrites. Ce procédé est utïlisé pour la mesure de l'épaisseur d'une sphère creuse.
La figure 2A représente schématiquement une image 12 d'une sphère creuse réelle. Le rayon externe de cette sphère vaut 578~.m et son épaisseur vaut 66~m.
On peut également former une image simulée 13 d'une telle sphère creuse (figure 2B).
Sur la figure 2A, on observe 1a prësence d'un anneau blanc 14 et d'une zone noire 16 (les éléments correspondants de la figure 2B ayant les même références). On a constaté que:
~ le rayon de l'anneau blanc est relié à
l'épaisseur de la sphère creuse, ~ 1a largeur de la zone noire dépend de l'ouverture numérique (e< numerical aperture ») du système d'acquisition d'images que comporte le dispositif d'ombroscopie utilisé.
Afin de mieux apprécier la position de la bande blanche (ou anneau blanc), on peut former un profil de l'image simulée, ce profil ayant pour origine le centre C de l'image sïmulée et comme point d'arrivée un point M à l' extérieur de la sphère, comme le montre la flèche F de la figure 2B.
La figure 2C montre le profil d'une demi-ligne de l'image simulëe, les numéros des pixels (Pix) étant en abscisses et les amplitudes (niveaux de gris) en ordonnées (Ampl).
Sur cette figure 2C, on a repéré l'anneau blanc 14 ainsï que la zone noire 16.
Le modèle est obtenu par une régression multilinéaire qui s'appuie sur le critère de la minimisation de l'erreur au sens des moindres carrés (voir le document mentionné plus haut).
La régression multilinéaire peut se traduire par l'équation suivante:
Y=tXA+E
Y étant le vecteur des réponses tX étant la matrice transposée de la matrice des essais A étant le vecteur des coefficients E étant le vecteur d'erreur entre la modélisation et les essais.
Il s'agit de trouver A en minimisant tEE.
L'utilisation d'un logiciel de tracé de rayons permet de simuler les clichés ombroscopiques de plusieurs sphères de rayons et d'épaisseurs différents.
Ensuite, comme l'épaisseur d'une sphère et son rayon externe sont mis en relation avec le rayon de l'anneau blanc correspondant, le rayon de cet anneau est mesuré sur chaque cliché.
Nous obtenons ainsi la matrice des essais X
(correspondant à l'épaisseur et au rayon externe de chaque sphère simulée) et le vecteur des réponses Y
(correspondant aux rayons des anneaux blancs). Il est alors possible d'utiliser la régression multilinéaire pour obtenir un modèle sous la forme:
Rbae=ao+alReXt+az e où Rext est le rayon de la bande blanche, Rbde le rayon externe de la sphère creuse et e l'épaisseur cette sphère creuse.
Dans un exemple donné à titre purement indicatif et nullement limitatif, on obtient .
Rbde=Oi 0089+0, 9871ReXt-1,156e pour ReXt appartenant à l'intervalle [800~m ; 1400~,m] et e appartenant à l'intervalle [25~m ; ~50~m].
Ce résultat est utilisé pour déterminer, à
partir des clichés ombroscopiques réels, l'épaisseur de la sphère creuse en mesurant le rayon externe et le rayon de l'anneau blanc correspondants.
On considère maintenant l'algorithme de traitement d'images.
Sur les images obtenues (image initiale et image après égalisation d'histogramme) nous pouvons détecter le rayon externe de la sphère, puis la position de la bande blanche.
Pour déterminer le rayon externe, nous utilisons de préférence la méthode des dérivées directionnelles. A ce sujet, on consultera le document suivant .
R. M. Haralick,"Digital Step Edges from Zero Croissing of Second Directional Derivatives", IEEE
Transactions on pattern analysis and machine intelligence, vol. PAMI-6,N°1, Jan. 1984, pp 58-68.
Cette méthode s'appuie sur l'annulation du gradient de l'image et sur la maximisation de la dérivée seconde.
Ainsi, nous obtenons un centre et un rayon correspondant à la surface externe de la sphère. A
partir du centre, des profils radiaux sont tracés à
tous les degrés.
La figure 3 représente l' un de ces profils.
Les numêros des pixels (Pix) sont portés en abcisses et les amplitudes (niveaux de gris) sont portées en ordonnées (Ampl).
Sur chaque profil, nous recherchons le point représentant la position de la surface externe (point A) et la position de la bande blanche (point B).
Le point A est obtenu par annulation de la dérivée seconde . Le point B est obtenu en réduisant la zone d'étude du profil (à la zone délimitée par le cercle C dans l'exemple représenté) et en recherchant le maximum local. Pour avoir une coordonnée sub-pixel, le profil est ajusté localement à une loi gaussïenne.
Une fois ces opêratïons terminées, l'épaïsseur de la sphère, pour ce rayon, est obtenue par l'utilisation de l'équation du modèle. Les surfaces interne et externe de la sphère sont reconstruïtes et il est alors possible de connaître l'épaisseur moyenne de la sphère sur l'équateur de celle-ci.
Afin de valider le procëdé de l'invention, on a comparé
les résultats obtenus par ce procédé, la radiographie X
et l'interférométrie en lumière blanche (micrbscopie à
glissement de franges). Les résultats obtenus sont, résumés dans le tableau 1.
m ~. 1., 1 . ., . _ 9 paisseur obtenue Epasseur paisseur obtenue par radographe X obtenue par par le procd de (~mj interfromtrie l'invention ( t~m ) 13,3 13,7 15,9 14,8 14,3 17,9 18,3 17,9 20,6 18, 0 17, 4 20, 8 38, 2 39, 4 39, 2 55,9 59,6 54,5 67,9 Non mesurable 67,8 La comparaison est faite sur la mesure de l'épaisseur moyenne d'une sphère. Zes mesures que l'on a obtenues sont données à ~ 3~m à 26 pour la radiographie X et à ~ 2~m à 26 pour l'interférométrie.
En ce qui concerne le procédé de l'invention, on considère avoir une incertitude de l'ordre t 3 pixels pour la détection du rayon externe et de + 0,5 pixel pour la détermination de la position de la bande blanche.
Ze procédé ombroscopique de mesure de l'épaisseur d'une sphère creuse conformément à
l'invention a l'avantage d'être peu onéreux et de pouvoïr être mis en oeuvre très facilement et rapidement. L'utilisation de ce procédé nécessite un choix judicieux de l'ouverture numérique du système d'acquisition d'images, que comporte le dispositif d' ombroscopie utilisé, et du diagramme d' émission de la source lumineuse que comporte ce dispositif, afin d'obtenir les conditions optimales pour visualiser correctement la bande blanche.
Le modèle calculé n'est valable que pour un certain domaine de rayons et un certain domaine d'épaisseurs pour une sphère creuse donnée. On peut améliorer ce modèle en améliorant la précision sur les caractêristiques optiques du matériau dont est constituée la sphère.
L'incertitude de la mesure dépend essentiellement de la résolution spatiale de l'ïmage.
Dans les exemples considérés de l'invention, on observe le centre de la sphère afin de pouvoir tracer les profils radiaux. Ainsi, plus la sphère a un rayon important, plus le coefficient de conversion micromètre par pixel est grand, et donc plus l'incertitude de mesure est importante. Cette incertitude de mesure dépend donc du rayon de la sphère étudiée.
L'appareillage utilisé pour l'ombroscopie est classique. Il comprend une source lumineuse collimatée, qui émet une lumière vïsible et quï est associée à un système d'acquisition d'images qui est destiné à être mis au point sur un plan de l'objet étudié et dont l'ouverture numërique est réglable.
En effet, si l'on augmente cette ouverture numérique, l'intensité de l'anneau blanc est plus importante, mais si l'ouverture numérique est trop grande, l'anneau se trouve noyé dans la tache centrale de l'image. Ainsi, la possibilité de modifier l'ouverture numérique du système d'acquisition d'images facilite la détection du rayon de l'anneau blanc.
La figure 4 est une vue schëmatique d'un dispositif d'ombroscopie pour la mise en Qeuvre du procédé objet de l'invention.
Ce dispositif comprend une source l8 de lumière visible; des moyens 20 de collimation réglable de cette source et des moyens d'acquisition d'images, comportant une optique 22 qui est munie de moyens 24 de variation de l'ouverture numérique de cette optique.
Cette dernière est suivie par un capteur CCD 26 qui est muni de moyens 28 de traitement d'images, auxquels est associé un dispositif d'affichage 30.
Une sphère creuse 32, que l'on veut étudier, est placée entre la source 18 et l'optique 22.
Cette optique 22 permet de former l' image d' un plan de coupe de la sphère creuse 32 sur le capteur CCD 26.
L'invention concerne essentiellement la méthode utilisée pour déterminer l'épaisseur de la sphère creuse, à savoir:
- détermination des conditions expérimentales propices à une détection aisée du rayon de l'anneau blanc (ouverture numérique du système d'acquisition d'images, collimation de 1a source lumineuse), - élaboration de l'équation du modèle mathématique s'appuyant sur les caractéristiques de l'objet étudié et sur le phénomène observé sur l'image (rayon externe, épaisseur de la sphère et rayon de l'anneau blanc), et - traitement d'image associé pour déterminer les paramètres initiaux du modèle (rayon de l'anneau blanc et rayon externe de la sphère) pour enfin déterminer la dimension désirée de l'objet (épaisseur de la sphère creuse, dans l'exemple considéré) .
Le même procédé peut être mis en oeuvre pour la caractérisation de l'épaisseur d'un cylindre creux. Pour cette mise en aeuvre, on peut encore utiliser le dispositif de la figure 4 (même source lumineuse et même dispositif d'acquisition d'images), en disposant le cylindre à 1a place de la sphère 32.
Sur l'image ombroscopique obtenue apparaît une bande blanche qui est liée à l'épaisseur et au rayon externe du cylindre. On recherche un nouveau modèle et on l'applique à l'image obtenue.
La figure 5A montre l'image ombroscopique 34 d'un cylindre creux 36 de 1000 ~m de rayon externe et de 300 ~m d' épaisseur. Le profil de cette image est représenté sur la figure 5B. Ce profil est tracé
suivant la ligne X de la figure 5A.
On observe une bande blanche B sur la figure 5A. Cette bande blanche correspond à la zone C
sur la figure 5B. Sur cette dernière, le bord du cylindre est repéré par la flèche D. La posïtion de la bande blanche est liée au rayon externe et à
l'épaisseur du cylindre creux.
La connaissance de la distance entre le centre de l' anneau blanc et chaque point de ce dernier permet de déterminer l'état de surface de la paroi interne du cylindre creux, en termes de déformation et de rugosité, selon un équateur ou deux génératrices du cylindre, dans le plan d'observation (qui est perpendiculaire à l'axe optique d'observation).
Dans le cas d'un objet bicouche, c'est-à-dire d'un objet creux sur la paroi interne duquel est formée une couche, dite couche interne, le procédé
objet de l'invention permet de mesurer l'ëpaisseur de la couche interne sous réserve d'une connaissance de l'épaisseur de la paroi dé l'objet, dite couche externe, que l'on mesure alors au préalable. La rugosité et la déformation de la surface interne de l'objet bicouche peuvent aussi être mesurées.
Ce qui précède s'applique aussi bien aux cylindres qu'aux sphères.
Dans le cas où l'on souhaite déterminer plusieurs paramètres géométriques de l'objet étudié, il est possible d'utiliser simultanément plusieurs modèles en association avec plusieurs détails mesurables sur l'image ombroscopique de l'objet. On résout alors un système d'équations à plusieurs inconnues.
Le procédé objet de l'invention est utilisable quel que soit le diamètre de la sphère ou du cylindre. En effet, l'utilisation d'une chaîne optique avec un coefficient de grandissement adapté permet d' observer l' ensemble d' un objet sur un capteur CCD de 6,6 mm par 8,8 mm. I1 est même possible d'observer une seule partie de l'objet, à condition d'avoïr un système optique approprié.
La seule restriction, qui se pose pour la mesure d'épaisseur de sphère creuse, est qu'elle soit assez épaisse pour une distinction aisée de la bande blanche, étant donné la résolution du système optique.
Lors de la mesure de l'épaisseur d'un objet creux, par exemple d'une sphère creuse, conformément à
l'invention, on doit tenir compte de la résolution du système optique utilisé pour cette mesure . pour une résolution donnée, la sphère doit être suffisamment épaisse, pour que l'on puisse distinguer aisément la bande blanche.
De préfërence, le modèle optique est en outre établi à partir d'expériences et l'image est acquise au moyen d'un système d'acquisition d'images en lumière visible, en effectuant la mise au point de ce système d'acquisition d'images sur un plan de coupe de l'objet étudié.
Selon un mode de mise en ouvre préféré du procédé objet de l'invention, on utilise un.logiciel de lancé de rayons (« ray tracing software »), destiné à
obtenir des images d'objets, pour déterminer le modèle, ce logiciel permettant de connaître l'influence de l'objet sur la propagation de la lumière visible.
De préférence, on effectue en outre des simulations d'images d'ombroscopie optique 'd'objets auxiliaires pour établir le modèle, ces objets auxiliaires ayant des caractéristiques géométriques respectives différentes, et l'on combine ces simulations d'images par une régression multilinéaire.
Cette régression multilinéaire met de préférence en ouvre un critère de minimisation de l'erreur au sens des moindres carrés par exemple.
On peut utiliser un logiciel de tracé de rayons pour effectuer les simulations.
On peut notamment mesurer, conformément à
l'invention, au moins un paramètre géométrique d'un objet creux à partir de l'image d'une coupe plane de l'objet.
Selon un premier mode de mise en aeuvre particulier du procédé objet de l'invention, l'objet est une sphère creuse, ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de cette paroi, l'image de la sphère creuse comportant un anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe de la sphère, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'image de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe de la sphère et du rayon de l'anneau blanc.
Selon un deuxième mode de mise en aeuvre particulier du procédé objet de l'invention, l'objet est un cylindre creux, ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de cette paroi, l'image du cylindre creux comportant un anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe du cylindre, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'ïmage de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe du cylindre et du rayon de l'anneau blanc.
Ze rayon externe peut être déterminé à
l'aide de la méthode des dérivées directionnelles.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'objet est creux et contient une couche ou un dépôt d'une matière qui est transparente ou translucide, et l'on détermine l'épaisseur de ce dépôt ou de cette couche.
Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, l'objet est creux et comporte une paroi interne, et l'on détermine la déformation ou la rugosité de cette paroi interne.
Selon un mode de réalisation préfëré de l'invention, on utilise un dispositif d'ombroscopie optique comprenant une source de lumière visible, des moyens de collimation de cette source et des moyens d'acquisition d'images, comportant une optique, un capteur d'images et des moyens de réglage de l'ouverture numérique de l'optique, cette optique étant placée entre l'objet et le capteur d'images et permettant de former l'image du plan de coupe de l'objet étudië sur le capteur d'images, et l'on règle la collimation de la source et l'ouverture numérique de l'optique.
Le capteur d'images peut comprendre un dispositif à transfert de charges.
Le procédé objet de l'invention présente des avantages . son coût de mise en ouvre est faible et le matériel nécessaire à cette mise en ouvre est relativement facile à mettre en place dans une infrastructure complexe car ce matériel se limite à une source lumineuse et une caméra.
BR~VE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels .
- les figures lA et 1B illustrent schématiquement la formation de bandes blanches, pour des sphères creuses dont les parois respectives ont des épaisseurs différentes, - les figures 2A et 2B montrent respectivement une image réelle et une ïmage simulée d'une sphère creuse, - la figure 2C montre le profil d'une demi-ligne de l'image simulée de la figure 2B, - la figure 3 montre un profïl radial d'une image à traiter, - la figure 4 est une vue schématique d' un dispositif permettant de mettre en ouvre un procédé
conforme à l'invention, - la figure 5A montre l'image ombroscopique d'un cylindre creux, et - la figure 5B montre le profil de l'image de la figure 5A.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Ze principe de mesure, qui est utilisé dans l'invention pour la mesure d'un objet, est fondé sur l'observation de l'objet par ombroscopie en lumière visible, en association avec un modèle optique de propagation de la lumière.
Ce prïncipe de mesure prend en compte les phénomènes physiques de propagation de la lumière dans les différents matériaux translucides ou transparents que comporte l'objet, notamment aux différentes interfaces de l'objet, et permet de raccorder la mesure directement effectuée sur l'image d'ombroscopie avec les grandeurs dimensionnelles physiques internes de l'objet étudié, par l'intermédiaire de l'équation du modèle.
Certes, pour étudier un objet plan, l'ombroscopie est une méthode de mesure peu coûteuse et simple à utiliser. Par une mesure directe sur l'image de l'objet, il est possible de connaître par exemple la taille de l'objet.
Cependant, pour l'ëtude d'un objet en trois dimensions par ombroscopie, l'analyse directe de l'image ne fournit pas assez d'informations car l'image observée d'une coupe de l'objet n'est pas uniquement l'image de la coupe à travers l'objectif du dispositif d'ombroscopie utilisé mais aussi l'image de la coupe à
travers l'objectif et l'objet lui-même.
Il serait possible de retrouver les caractëristiques de la coupe étudiée si l'influence de l'objet sur la propagation du faisceau lumineux incident était connue. Cette influence peut être décrite par les équations de l'optique géométrique mais celles-ci ne sont valables que dans certains domaines (approximations de Gauss et, en particulier, faible angle de réfraction des rayons lumineux).
Dans le cas où des objets de faible rayon de courbure sont étudiés par le procédé de l'invention, les conditions nécessaires à l'utilisation des équations de l'optique .géométrique ne sont pas respectées.
Afin de connaître l'influence de l'objet étudié sur la propagation de la lumière, on peut utiliser un logiciel de lancé de rayons. Ce logiciel met en oeuvre les équations de propagation des rayons lumineux à travers plusieurs dioptres optiques qui séparent des matériaux d'indices optiques différents.
Za connaissance des caractéristiques optiques de l'objet à étudier permet de créer un modèle mathématique qui met en relation un phénomène observé
sur l'image obtenue et les dimensions réelles de l'objet étudié ou, plus généralement, des paramètres géométrïques de cet objet.
Ce modèle mathématique est obtenu par la combinaison de résultats de. mesures sur des images ombroseopiques simulées, grâce à la régression multilinéaire. A ce sujet, on se reportera au document suivant .
G. Sado, M.C. Sado, « Zes plans d'expériences. De l'expérimentation à l'assurance qualïté », AFNOR 1991.
Par le procédé de l'invention, on a étudié
des sphères creuses. Il est difficile de connaître l'épaisseur d'une telle sphère par une mesure directe sur son image ombroscopique car les rayons lumineux sont réfractés sur les différentes interfaces internes et externes de la sphère.
Sur l'image ombroscopique d'une sphère creuse apparaît un anneau blanc. Celui-ci est formé par la superposition de rayons lumineux semblant provenir du même point.
La figure lA (respectivement 1B) illustre schématiquement, en coupe transversale, la formation de cet anneau, ou bande, au point A pour une sphère, ou bille, creuse 4, dont le rayon externe vaut 1000~m et l'épaisseur 100~,m (respectivement 200~.m). Les références 6, 8 et 10 désignent respectivement la source lumineuse du dispositif d'ombroscopie utilisé
pour la formation de l'image, l'objectif de ce dispositïf et les rayons lumineux qui sont issus de la source 6 et interagissent avec la sphère 4 et l'objectif 8.
A la suite à plusieurs simulations, il s'est avéré que le rayon de cet anneau blanc est directement lié à l'épaisseur et au rayon externe de la sphère étudiée. Le but des modélisations est de mettre en relation cette épaisseur et ce rayon externe avec le rayon de l'anneau blanc.
Ainsi, en connaissant le rayon de l'anneau, ou bande, et le rayon externe de la sphère (ce dernier étant mesurable facilement sur l'image, si le système optique du dispositif d'ombroscopie est focalisé sur l'équateur de la sphère), il est possible de déterminer l'épaisseur de la sphère en utilisant l'équation du modèle que l'on a dëterminé au prëalable.
Dans ce qui suit, les différentes étapes d'un procédé conforme à l'invention sont décrites. Ce procédé est utïlisé pour la mesure de l'épaisseur d'une sphère creuse.
La figure 2A représente schématiquement une image 12 d'une sphère creuse réelle. Le rayon externe de cette sphère vaut 578~.m et son épaisseur vaut 66~m.
On peut également former une image simulée 13 d'une telle sphère creuse (figure 2B).
Sur la figure 2A, on observe 1a prësence d'un anneau blanc 14 et d'une zone noire 16 (les éléments correspondants de la figure 2B ayant les même références). On a constaté que:
~ le rayon de l'anneau blanc est relié à
l'épaisseur de la sphère creuse, ~ 1a largeur de la zone noire dépend de l'ouverture numérique (e< numerical aperture ») du système d'acquisition d'images que comporte le dispositif d'ombroscopie utilisé.
Afin de mieux apprécier la position de la bande blanche (ou anneau blanc), on peut former un profil de l'image simulée, ce profil ayant pour origine le centre C de l'image sïmulée et comme point d'arrivée un point M à l' extérieur de la sphère, comme le montre la flèche F de la figure 2B.
La figure 2C montre le profil d'une demi-ligne de l'image simulëe, les numéros des pixels (Pix) étant en abscisses et les amplitudes (niveaux de gris) en ordonnées (Ampl).
Sur cette figure 2C, on a repéré l'anneau blanc 14 ainsï que la zone noire 16.
Le modèle est obtenu par une régression multilinéaire qui s'appuie sur le critère de la minimisation de l'erreur au sens des moindres carrés (voir le document mentionné plus haut).
La régression multilinéaire peut se traduire par l'équation suivante:
Y=tXA+E
Y étant le vecteur des réponses tX étant la matrice transposée de la matrice des essais A étant le vecteur des coefficients E étant le vecteur d'erreur entre la modélisation et les essais.
Il s'agit de trouver A en minimisant tEE.
L'utilisation d'un logiciel de tracé de rayons permet de simuler les clichés ombroscopiques de plusieurs sphères de rayons et d'épaisseurs différents.
Ensuite, comme l'épaisseur d'une sphère et son rayon externe sont mis en relation avec le rayon de l'anneau blanc correspondant, le rayon de cet anneau est mesuré sur chaque cliché.
Nous obtenons ainsi la matrice des essais X
(correspondant à l'épaisseur et au rayon externe de chaque sphère simulée) et le vecteur des réponses Y
(correspondant aux rayons des anneaux blancs). Il est alors possible d'utiliser la régression multilinéaire pour obtenir un modèle sous la forme:
Rbae=ao+alReXt+az e où Rext est le rayon de la bande blanche, Rbde le rayon externe de la sphère creuse et e l'épaisseur cette sphère creuse.
Dans un exemple donné à titre purement indicatif et nullement limitatif, on obtient .
Rbde=Oi 0089+0, 9871ReXt-1,156e pour ReXt appartenant à l'intervalle [800~m ; 1400~,m] et e appartenant à l'intervalle [25~m ; ~50~m].
Ce résultat est utilisé pour déterminer, à
partir des clichés ombroscopiques réels, l'épaisseur de la sphère creuse en mesurant le rayon externe et le rayon de l'anneau blanc correspondants.
On considère maintenant l'algorithme de traitement d'images.
Sur les images obtenues (image initiale et image après égalisation d'histogramme) nous pouvons détecter le rayon externe de la sphère, puis la position de la bande blanche.
Pour déterminer le rayon externe, nous utilisons de préférence la méthode des dérivées directionnelles. A ce sujet, on consultera le document suivant .
R. M. Haralick,"Digital Step Edges from Zero Croissing of Second Directional Derivatives", IEEE
Transactions on pattern analysis and machine intelligence, vol. PAMI-6,N°1, Jan. 1984, pp 58-68.
Cette méthode s'appuie sur l'annulation du gradient de l'image et sur la maximisation de la dérivée seconde.
Ainsi, nous obtenons un centre et un rayon correspondant à la surface externe de la sphère. A
partir du centre, des profils radiaux sont tracés à
tous les degrés.
La figure 3 représente l' un de ces profils.
Les numêros des pixels (Pix) sont portés en abcisses et les amplitudes (niveaux de gris) sont portées en ordonnées (Ampl).
Sur chaque profil, nous recherchons le point représentant la position de la surface externe (point A) et la position de la bande blanche (point B).
Le point A est obtenu par annulation de la dérivée seconde . Le point B est obtenu en réduisant la zone d'étude du profil (à la zone délimitée par le cercle C dans l'exemple représenté) et en recherchant le maximum local. Pour avoir une coordonnée sub-pixel, le profil est ajusté localement à une loi gaussïenne.
Une fois ces opêratïons terminées, l'épaïsseur de la sphère, pour ce rayon, est obtenue par l'utilisation de l'équation du modèle. Les surfaces interne et externe de la sphère sont reconstruïtes et il est alors possible de connaître l'épaisseur moyenne de la sphère sur l'équateur de celle-ci.
Afin de valider le procëdé de l'invention, on a comparé
les résultats obtenus par ce procédé, la radiographie X
et l'interférométrie en lumière blanche (micrbscopie à
glissement de franges). Les résultats obtenus sont, résumés dans le tableau 1.
m ~. 1., 1 . ., . _ 9 paisseur obtenue Epasseur paisseur obtenue par radographe X obtenue par par le procd de (~mj interfromtrie l'invention ( t~m ) 13,3 13,7 15,9 14,8 14,3 17,9 18,3 17,9 20,6 18, 0 17, 4 20, 8 38, 2 39, 4 39, 2 55,9 59,6 54,5 67,9 Non mesurable 67,8 La comparaison est faite sur la mesure de l'épaisseur moyenne d'une sphère. Zes mesures que l'on a obtenues sont données à ~ 3~m à 26 pour la radiographie X et à ~ 2~m à 26 pour l'interférométrie.
En ce qui concerne le procédé de l'invention, on considère avoir une incertitude de l'ordre t 3 pixels pour la détection du rayon externe et de + 0,5 pixel pour la détermination de la position de la bande blanche.
Ze procédé ombroscopique de mesure de l'épaisseur d'une sphère creuse conformément à
l'invention a l'avantage d'être peu onéreux et de pouvoïr être mis en oeuvre très facilement et rapidement. L'utilisation de ce procédé nécessite un choix judicieux de l'ouverture numérique du système d'acquisition d'images, que comporte le dispositif d' ombroscopie utilisé, et du diagramme d' émission de la source lumineuse que comporte ce dispositif, afin d'obtenir les conditions optimales pour visualiser correctement la bande blanche.
Le modèle calculé n'est valable que pour un certain domaine de rayons et un certain domaine d'épaisseurs pour une sphère creuse donnée. On peut améliorer ce modèle en améliorant la précision sur les caractêristiques optiques du matériau dont est constituée la sphère.
L'incertitude de la mesure dépend essentiellement de la résolution spatiale de l'ïmage.
Dans les exemples considérés de l'invention, on observe le centre de la sphère afin de pouvoir tracer les profils radiaux. Ainsi, plus la sphère a un rayon important, plus le coefficient de conversion micromètre par pixel est grand, et donc plus l'incertitude de mesure est importante. Cette incertitude de mesure dépend donc du rayon de la sphère étudiée.
L'appareillage utilisé pour l'ombroscopie est classique. Il comprend une source lumineuse collimatée, qui émet une lumière vïsible et quï est associée à un système d'acquisition d'images qui est destiné à être mis au point sur un plan de l'objet étudié et dont l'ouverture numërique est réglable.
En effet, si l'on augmente cette ouverture numérique, l'intensité de l'anneau blanc est plus importante, mais si l'ouverture numérique est trop grande, l'anneau se trouve noyé dans la tache centrale de l'image. Ainsi, la possibilité de modifier l'ouverture numérique du système d'acquisition d'images facilite la détection du rayon de l'anneau blanc.
La figure 4 est une vue schëmatique d'un dispositif d'ombroscopie pour la mise en Qeuvre du procédé objet de l'invention.
Ce dispositif comprend une source l8 de lumière visible; des moyens 20 de collimation réglable de cette source et des moyens d'acquisition d'images, comportant une optique 22 qui est munie de moyens 24 de variation de l'ouverture numérique de cette optique.
Cette dernière est suivie par un capteur CCD 26 qui est muni de moyens 28 de traitement d'images, auxquels est associé un dispositif d'affichage 30.
Une sphère creuse 32, que l'on veut étudier, est placée entre la source 18 et l'optique 22.
Cette optique 22 permet de former l' image d' un plan de coupe de la sphère creuse 32 sur le capteur CCD 26.
L'invention concerne essentiellement la méthode utilisée pour déterminer l'épaisseur de la sphère creuse, à savoir:
- détermination des conditions expérimentales propices à une détection aisée du rayon de l'anneau blanc (ouverture numérique du système d'acquisition d'images, collimation de 1a source lumineuse), - élaboration de l'équation du modèle mathématique s'appuyant sur les caractéristiques de l'objet étudié et sur le phénomène observé sur l'image (rayon externe, épaisseur de la sphère et rayon de l'anneau blanc), et - traitement d'image associé pour déterminer les paramètres initiaux du modèle (rayon de l'anneau blanc et rayon externe de la sphère) pour enfin déterminer la dimension désirée de l'objet (épaisseur de la sphère creuse, dans l'exemple considéré) .
Le même procédé peut être mis en oeuvre pour la caractérisation de l'épaisseur d'un cylindre creux. Pour cette mise en aeuvre, on peut encore utiliser le dispositif de la figure 4 (même source lumineuse et même dispositif d'acquisition d'images), en disposant le cylindre à 1a place de la sphère 32.
Sur l'image ombroscopique obtenue apparaît une bande blanche qui est liée à l'épaisseur et au rayon externe du cylindre. On recherche un nouveau modèle et on l'applique à l'image obtenue.
La figure 5A montre l'image ombroscopique 34 d'un cylindre creux 36 de 1000 ~m de rayon externe et de 300 ~m d' épaisseur. Le profil de cette image est représenté sur la figure 5B. Ce profil est tracé
suivant la ligne X de la figure 5A.
On observe une bande blanche B sur la figure 5A. Cette bande blanche correspond à la zone C
sur la figure 5B. Sur cette dernière, le bord du cylindre est repéré par la flèche D. La posïtion de la bande blanche est liée au rayon externe et à
l'épaisseur du cylindre creux.
La connaissance de la distance entre le centre de l' anneau blanc et chaque point de ce dernier permet de déterminer l'état de surface de la paroi interne du cylindre creux, en termes de déformation et de rugosité, selon un équateur ou deux génératrices du cylindre, dans le plan d'observation (qui est perpendiculaire à l'axe optique d'observation).
Dans le cas d'un objet bicouche, c'est-à-dire d'un objet creux sur la paroi interne duquel est formée une couche, dite couche interne, le procédé
objet de l'invention permet de mesurer l'ëpaisseur de la couche interne sous réserve d'une connaissance de l'épaisseur de la paroi dé l'objet, dite couche externe, que l'on mesure alors au préalable. La rugosité et la déformation de la surface interne de l'objet bicouche peuvent aussi être mesurées.
Ce qui précède s'applique aussi bien aux cylindres qu'aux sphères.
Dans le cas où l'on souhaite déterminer plusieurs paramètres géométriques de l'objet étudié, il est possible d'utiliser simultanément plusieurs modèles en association avec plusieurs détails mesurables sur l'image ombroscopique de l'objet. On résout alors un système d'équations à plusieurs inconnues.
Le procédé objet de l'invention est utilisable quel que soit le diamètre de la sphère ou du cylindre. En effet, l'utilisation d'une chaîne optique avec un coefficient de grandissement adapté permet d' observer l' ensemble d' un objet sur un capteur CCD de 6,6 mm par 8,8 mm. I1 est même possible d'observer une seule partie de l'objet, à condition d'avoïr un système optique approprié.
La seule restriction, qui se pose pour la mesure d'épaisseur de sphère creuse, est qu'elle soit assez épaisse pour une distinction aisée de la bande blanche, étant donné la résolution du système optique.
Lors de la mesure de l'épaisseur d'un objet creux, par exemple d'une sphère creuse, conformément à
l'invention, on doit tenir compte de la résolution du système optique utilisé pour cette mesure . pour une résolution donnée, la sphère doit être suffisamment épaisse, pour que l'on puisse distinguer aisément la bande blanche.
Claims (13)
1. Procédé de mesure sans contact d'au moins un paramètre géométrique d'un objet tridimensionnel, cet objet tridimensionnel étant translucide ou transparent vis à vis d'une lumière visible, comprenant les étapes suivantes :
on détermine des caractéristiques optiques de l'objet;
à l'aide de ces caractéristiques optiques, on établit au moins un modèle optique de la propagation de la lumière visible à travers l'objet, ce modèle comportant une équation qui relie le paramètre géométrique de l'objet au résultat d'une observation effectuée directement sur une image de l'objet, cette image étant acquise en observant cet objet avec la lumière visible, par ombroscopie optique à une seule vue;
on acquiert cette image de l'objet;
on effectue l'observation; et on détermine le paramètre géométrique de l'objet à l'aide de l'équation et du résultat de l'observation;
dans lequel le modèle optique est en outre établi à partir d'expériences et l'image est acquise au moyen d'un système d'acquisition d'images en lumière visible, en effectuant la mise au point de ce système d'acquisition d'images sur un plan de coupe de l'objet étudié.
on détermine des caractéristiques optiques de l'objet;
à l'aide de ces caractéristiques optiques, on établit au moins un modèle optique de la propagation de la lumière visible à travers l'objet, ce modèle comportant une équation qui relie le paramètre géométrique de l'objet au résultat d'une observation effectuée directement sur une image de l'objet, cette image étant acquise en observant cet objet avec la lumière visible, par ombroscopie optique à une seule vue;
on acquiert cette image de l'objet;
on effectue l'observation; et on détermine le paramètre géométrique de l'objet à l'aide de l'équation et du résultat de l'observation;
dans lequel le modèle optique est en outre établi à partir d'expériences et l'image est acquise au moyen d'un système d'acquisition d'images en lumière visible, en effectuant la mise au point de ce système d'acquisition d'images sur un plan de coupe de l'objet étudié.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise un logiciel de lancé de rayons, destiné à obtenir des images d'objets, pour déterminer le modèle, ce logiciel permettant de connaître l'influence de l'objet sur la propagation de la lumière visible.
3 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel on effectue en outre des simulations d'images d'ombroscopie optique d'objets auxiliaires pour établir le modèle, ces objets auxiliaires ayant des caractéristiques géométriques respectives différentes, et l'on combine ces simulations d'images par une régression multilinéaire.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la régression multilinéaire met en oeuvre un critère de minimisation de l'erreur au sens des moindres carrés.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel on utilise un logiciel de tracé de rayons pour effectuer les simulations.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'objet est creux et l'on mesure au moins un paramètre géométrique de cet objet creux à
partir de l'image d'une coupe plane de l'objet.
partir de l'image d'une coupe plane de l'objet.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'objet est une sphère creuse ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de cette paroi, l'image de la sphère creuse comportant un anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe de la sphère, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'image de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe de la sphère et du rayon de l'anneau blanc.
8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'objet est un cylindre creux, ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de cette paroi, l'image du cylindre creux comportant un anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe du cylindre, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'image de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe du cylindre et du rayon de l'anneau blanc.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel on détermine le rayon externe à l'aide de la méthode des dérivées directionnelles.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'objet est creux et contient une couche ou un dépôt d'une matière qui est transparente ou translucide, et l'on détermine l'épaisseur de ce dépôt ou de cette couche.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'objet est creux et comporte une paroi interne, et l'on détermine la déformation ou la rugosité de cette paroi interne.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel on utilise un dispositif d'ombroscopie optique comprenant une source de lumière visible, des moyens de collimation de cette source et des moyens d'acquisition d'images, comportant une optique, un capteur d'images et des moyens de réglage de l'ouverture numérique de l'optique, cette optique étant placée entre l'objet et le capteur d'images et permettant de former l'image du plan de coupe de l'objet étudié
sur le capteur d'images, et l'on règle la collimation de la source et l'ouverture numérique de l'optique.
sur le capteur d'images, et l'on règle la collimation de la source et l'ouverture numérique de l'optique.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le capteur d'images comprend un dispositif à transfert de charges.
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