FR2723444A1

FR2723444A1 - Optical fault detection appts. for thin bands of material, e.g. sheet steel

Info

Publication number: FR2723444A1
Application number: FR9409589A
Authority: FR
Inventors: Thierry Bomer
Original assignee: Matra Cap Systemes
Current assignee: Matra Cap Systemes
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1996-02-09
Anticipated expiration: 2014-08-02
Also published as: FR2723444B1

Abstract

The appts. includes rollers (12-20), electroluminescent diodes (22), CCD cameras (32,32a), and a controller. Sheet steel or plastic (10) is drawn along the rollers such that the sheet is illuminated by arrays of the diodes. The CCD type cameras are synchronised with the pulses which supply the diodes are used to receive reflected or transmitted light. Reflected light is filtered before entering each camera in order to reject light at wavelengths other than those emitted by the diodes. Camera output enters a processor via an interface and this allows cracks, blisters or inclusions to be identified. Holes are detected by using a camera on the remote side of the sheet.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE DE DETECTION DE DEFAUTS SUR UN PRODUIT
PLAT
La présente invention a pour objet un dispositif de détection de défauts sur un produit plat, ayant une longueur très supérieure à sa largeur, permettant de déceler des défauts d'aspect se traduisant par des zones localisées de réflectivité différente et/ou par des perforations. Elle trouve une application particulièrement importante dans le contrôle des tôles minces, qui peuvent notamment présenter des défauts de surface ou des trous de très faible dimension. Toutefois, elle est également utilisable pour le contrôle d'autres produits plats, tels que les feuilles de grande longueur en matière plastique ou cellulosique, les métaux non ferreux (aluminium, cuivre, etc...) en feuilles.OPTICAL DEVICE FOR DETECTING DEFECTS ON A PRODUCT
DISH
The subject of the present invention is a device for detecting faults on a flat product, having a length much greater than its width, making it possible to detect appearance faults resulting in localized zones of different reflectivity and / or in perforations. It finds a particularly important application in the control of thin sheets, which can in particular have surface defects or very small holes. However, it can also be used for checking other flat products, such as very long sheets of plastic or cellulosic material, non-ferrous metals (aluminum, copper, etc.) in sheets.

On connaît déjà des dispositifs de détection de défauts sur un produit plat, tel qu'une tôle, mis en circulation dans le sens de sa longueur, du type comprenant des moyens d'éclairage d'une bande étroite du produit, transversale à sa longueur, sous incidence oblique en un emplacement déterminé du trajet de circulation des moyens de formation d'une image de ladite bande, placés pour recevoir la lumière renvoyée par la bande, et des moyens d'analyse de cette image. There are already known devices for detecting faults on a flat product, such as a sheet, circulated in the direction of its length, of the type comprising means for lighting a narrow strip of the product, transverse to its length. , under oblique incidence at a determined location on the circulation path of the means for forming an image of said strip, placed to receive the light returned by the strip, and means for analyzing this image.

Les dispositifs existants de ce type, destinés à la détection de défauts sur des tôles, utilisent des moyens d'éclairage ayant une source constituée par une batterie de lampes à halogène en forme de barreau. Ces lampes fournissent des flux lumineux élevés. En contrepartie, elles présentent de graves inconvénients. Leur rendement de conversion lumineux est faible : pour 5 kW de puissance électrique appliquée, les lampes à halogène ne fournissent guère plus de 1 kW de rayonnement optique dans la bande utile des détecteurs habituels des moyens d'analyse. I1 est difficile de focaliser l'énergie lumineuse émise dans une bande étroite. La durée de vie des lampes à halogène ne dépasse guère 2000 heures et leur destruction est subite. La puissance émise n'est réglable que dans des limites étroites et il n'est pas possible de la moduler à haute fréquence. La mise en oeuvre est complexe, notamment du fait qu'il est nécessaire d'évacuer la chaleur importante émise par des lampes. Existing devices of this type, intended for the detection of faults on sheets, use lighting means having a source constituted by a battery of halogen lamps in the form of bars. These lamps provide high luminous flux. In return, they have serious drawbacks. Their light conversion efficiency is low: for 5 kW of applied electrical power, the halogen lamps provide little more than 1 kW of optical radiation in the useful band of the usual detectors of the analysis means. It is difficult to focus the light energy emitted in a narrow band. The life of halogen lamps hardly exceeds 2000 hours and their destruction is sudden. The transmitted power is adjustable only within narrow limits and it is not possible to modulate it at high frequency. The implementation is complex, in particular because it is necessary to remove the significant heat emitted by lamps.

La présente invention vise à fournir un dispositif du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique. L'invention vise en particulier à fournir un dispositif ayant des moyens d'éclairage ne présentant pas les défauts ci-dessus. The present invention aims to provide a device of the type defined above, better meeting those previously known to the requirements of practice. The invention aims in particular to provide a device having lighting means which do not have the above defects.

Dans ce but, l'invention propose un dispositif dont les moyens d'éclairage sont constitués par au moins une rangée de diodes électroluminescentes -ou DEL- alignées, fournissant un faisceau lumineux ayant une ouverture angulaire faible dans le sens de circulation. Des DEL ayant de façon inhérente une ouverture faible sont couramment disponibles. To this end, the invention provides a device, the lighting means of which consist of at least one row of aligned light-emitting diodes - or LEDs - providing a light beam having a small angular opening in the direction of circulation. LEDs inherently having a small aperture are commonly available.

Un filtre optique transparent à la longueur d'onde d'émission des diodes électroluminescentes est avantageusement interposé sur le trajet de la lumière réfléchie vers un détecteur appartenant aux moyens d'analyse d'image. Ainsi l'effet perturbateur de la lumière ambiante est réduit. Ce détecteur peut notamment être constitué par une caméra CCD ayant une plage de sensibilité choisie pour correspondre à la longueur d'onde d'émission des diodes électroluminescentes. An optical filter transparent to the emission wavelength of the light-emitting diodes is advantageously interposed on the path of the reflected light towards a detector belonging to the image analysis means. Thus the disturbing effect of ambient light is reduced. This detector can in particular be constituted by a CCD camera having a sensitivity range chosen to correspond to the emission wavelength of the light-emitting diodes.

I1 existe déjà dans le commerce des diodes électroluminescentes directement utilisables dans un dispositif du genre ci-dessus, ayant un rendement de conversion en lumière élevé. Un avantage supplémentaire de telles diodes électroluminescentes est qu'il est possible de moduler l'énergie lumineuse émise, notamment à l'aide d'une modulation en largeur d'impulsion, et de synchroniser la modulation avec l'acquisition de l'image par la caméra CCD. Ainsi il est possible d'adapter la puissance émise à la réflectivité de la surface du produit plat et à la vitesse de circulation. There are already commercially available light emitting diodes usable directly in a device of the above kind, having a high conversion efficiency into light. An additional advantage of such light-emitting diodes is that it is possible to modulate the light energy emitted, in particular using pulse width modulation, and to synchronize the modulation with the acquisition of the image by the CCD camera. It is therefore possible to adapt the power emitted to the reflectivity of the surface of the flat product and to the speed of circulation.

Du fait que les diodes électroluminescentes peuvent être modulées à fréquence élevée, on peut utiliser des caméras
CCD, dites TDI, à intégration du flux lumineux sur plusieurs colonnes successives de capteurs, à sensibilité élevée. La bande spectrale d'émission étant faible, le filtrage peut être rendu très efficace. On peut notamment utiliser un filtre interférentiel, du fait que la lumière réfléchie par la tôle arrive sous une incidence bien déterminée. Les DEL ont une durée de vie élevée et leur usure se traduit par une perte progressive de puissance. Du fait que le risque de claquage est peu à craindre, les DEL peuvent être mises en série, ce qui n'était pas le cas des lampes à halogène.Because light emitting diodes can be modulated at high frequency, cameras can be used
CCD, called TDI, with integration of the luminous flux on several successive columns of sensors, with high sensitivity. Since the emission spectral band is low, filtering can be made very effective. One can in particular use an interference filter, owing to the fact that the light reflected by the sheet arrives under a well determined incidence. LEDs have a long lifespan and their wear results in a gradual loss of power. Since the risk of breakdown is little to fear, the LEDs can be placed in series, which was not the case with halogen lamps.

Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique, en élévation, d'une installation de détection de défauts sur une tôle en bande
- la figure 2 est une vue partielle de droite de la figure 1, les moyens d'éclairage du dernier dispositif dans le sens de circulation n'étant pas représentés
- la figure 3, où l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, est une vue de détail montrant une constitution possible de l'électronique de l'un des dispositifs de l'installation de la figure 1.The above characteristics as well as others will appear better on reading the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a schematic representation, in elevation, of a fault detection installation on a strip sheet
- Figure 2 is a partial right view of Figure 1, the lighting means of the last device in the direction of flow not being shown
- Figure 3, where the scale is not respected for clarity, is a detail view showing a possible constitution of the electronics of one of the devices of the installation of Figure 1.

L'installation représentée en figures 1 et 2 a une constitution générale connue. Elle est destinée à contrôler une tôle mince 10 de grande longueur, en repérant les défauts qui se traduisent soit par une réflectivité locale différente de celle de l'environnement, soit par une transmission de lumière à travers la tôle. The installation shown in Figures 1 and 2 has a known general constitution. It is intended to control a thin sheet 10 of great length, by detecting the defects which are expressed either by a local reflectivity different from that of the environment, or by a transmission of light through the sheet.

La tôle 10, tirée par un tambour récepteur non-représenté, passe sur des rouleaux successifs 20, 18, 16, 14 et 12 destinés à lui imposer des changements d'orientation facilitant la mise en place des dispositifs de détection proprement dit. The sheet 10, pulled by a not shown receiving drum, passes over successive rollers 20, 18, 16, 14 and 12 intended to impose on it changes of orientation facilitating the installation of the detection devices proper.

L'installation représentée comporte deux dispositifs de même constitution, affecté chacun à la détection des défauts d'aspect d'un côté de la tôle. Chacun des dispositifs peut être regardé comme ayant des moyens 22 d'éclairage d'une bande étroite, transversale au sens de circulation f, de la tôle et un bloc récepteur 32 regroupant des moyens de formation d'image d'une fraction de la bande étroite et des moyens d'analyse de limage. The installation shown comprises two devices of the same constitution, each assigned to detecting appearance defects on one side of the sheet. Each of the devices can be viewed as having means 22 for lighting a narrow strip, transverse to the direction of flow f, of the sheet metal and a receiving block 32 grouping together means for forming an image of a fraction of the strip. close and image analysis means.

Les moyens d'éclairage 22 comprennent, suivant linven- tion, au moins une rangée de DEL alignées, disposée de façon que l'angle de divergence minimum de leur faisceau de sortie soit orienté dans le sens du mouvement. Les diodes alignées d'une même rangée fournissent ainsi un faisceau global relativement plat 24. Toutefois, pour augmenter l'éclairement et obtenir une homogénéité d'éclairement élevée, une seconde rangée de DEL peut être disposée parallèlement à la première, les diodes des deux rangées étant disposées en quinconce et orientées vers la même bande étroite. La figure 1 montre un faisceau supplémentaire 26 que fournissent les diodes de la seconde rangée. The lighting means 22 comprise, according to the invention, at least one row of aligned LEDs, arranged so that the minimum angle of divergence of their output beam is oriented in the direction of movement. The aligned diodes of the same row thus provide a relatively flat overall beam 24. However, to increase the illumination and obtain a high uniformity of illumination, a second row of LEDs can be arranged parallel to the first, the diodes of the two rows being staggered and oriented towards the same narrow strip. Figure 1 shows an additional beam 26 provided by the diodes of the second row.

On peut notamment utiliser des diodes infra-rouge ayant une longueur d'onde d'environ 735 nm, une puissance optique nominale de 15 mW en fonctionnement continu et un lobe d'émission de 30 de largeur à mi-hauteur du lobe. La longueur d'onde de 735 nm se trouve dans la plage de sensibilité des détecteurs infra-rouge à CCD habituels, dont la longueur d'onde de coupure haute est d'environ 1,1 um. In particular, it is possible to use infrared diodes having a wavelength of approximately 735 nm, a nominal optical power of 15 mW in continuous operation and an emission lobe of width 30 at half height of the lobe. The wavelength of 735 nm is in the sensitivity range of conventional CCD infrared detectors, which have a high cutoff wavelength of about 1.1 µm.

Ainsi, avec deux rangées de 500 diodes réparties au pas de 5 mm, on peut sans difficulté éclairer une bande de 1 cm de largeur sur une tôle de 2,5 m de large, avec un flux sur la tôle de 250 W/m' à une distance de 0,50 m. Thus, with two rows of 500 diodes distributed in steps of 5 mm, it is possible without difficulty to illuminate a strip 1 cm wide on a sheet 2.5 m wide, with a flux on the sheet of 250 W / m ' at a distance of 0.50 m.

Pour augmenter encore l'homogénéité de l'éclairement, une lame de diffusion 28 ayant une face terminale dépolie peut être interposée sur le trajet du faisceau lumineux sortant des DEL 30. To further increase the homogeneity of the illumination, a diffusion plate 28 having a frosted end face can be interposed on the path of the light beam leaving the LEDs 30.

Le flux fourni par les DEL étant une fonction directe du courant qui les traverse, on constituera généralement plusieurs groupes de DEL montées en série et parcourues par un même courant. Chaque diode demandant une tension d'environ 1,7 V, on groupera par exemple une cinquantaine de DEL en cascade. The flux supplied by the LEDs being a direct function of the current flowing through them, there will generally be several groups of LEDs connected in series and traversed by the same current. Each diode requires a voltage of around 1.7 V, for example, around fifty LEDs will be grouped in cascade.

Les moyens de formation d'image seront généralement prévus pour n'observer la tôle que sur une largeur plus faible que celle de la bande étroite, et par exemple pour ne former à la fois que l'image d'une tranche de lmm. Les moyens de formation d'image peuvent être constitués par une caméra CCD 32 unique ou par deux caméras synchronisées et décalées. La caméra comporte par exemple une optique d'entrée 34, un filtre optique 36 destiné à rejeter la lumière autre que la longueur d'onde d'émission des DEL et un détecteur 38. Du fait que la lumière émise par les DEL est monochromatique, il n'y a pas à se soucier des aberrations chromatiques. Le détecteur peut être constitué par une barrette à plusieurs colonnes successives de capteurs à intégration de lumière, commandées de façon que les charges accumulées soient transférées d'une colonne à la suivante à la cadence de défilement de l'image sur le détecteur, c'està-dire en mettant en oeuvre la technique appelée intégration à retard temporel. The image-forming means will generally be provided to observe the sheet only over a width that is narrower than that of the narrow strip, and for example to form at the same time only the image of a slice of 1 mm. The image forming means can be constituted by a single CCD camera 32 or by two synchronized and offset cameras. The camera comprises, for example, an input optic 34, an optical filter 36 intended to reject light other than the emission wavelength of the LEDs and a detector 38. Because the light emitted by the LEDs is monochromatic, there is no need to worry about chromatic aberrations. The detector may consist of a bar with several successive columns of light integration sensors, controlled so that the accumulated charges are transferred from one column to the next at the rate of travel of the image on the detector, ie that is, by implementing the technique called time delay integration.

Les moyens d'analyse de l'image peuvent comporter un interface 40 relié, par l'intermédiaire d'un bus 42, à un processeur 44. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le processeur est prévu pour commander le circuit 46 d'alimentation des DEL 30 pour pulser l'émission de lumière et pour commander les transferts de charge sur la barrettes 38 en synchronisme avec d'une part les impulsions de lumière, émises à une cadence choisie en fonction de la vitesse d'avance de la tôle 10, mesurée par exemple par un capteur 47 monté sur le rouleau 12. De plus, le processeur 44 peut moduler la puissance lumineuse des lampes pour l'adapter à la réflectivité de la surface, en commandant le courant qui traverse les lampes et/ou en modulant la largeur d'impulsion. The image analysis means may include an interface 40 connected, via a bus 42, to a processor 44. In an advantageous embodiment of the invention, the processor is provided for controlling the circuit 46 for supplying LEDs 30 to pulsate the emission of light and to control the transfer of charge on the bars 38 in synchronism with, on the one hand, the pulses of light, emitted at a rate chosen as a function of the advance speed of the sheet 10, measured for example by a sensor 47 mounted on the roller 12. In addition, the processor 44 can modulate the light power of the lamps to adapt it to the reflectivity of the surface, by controlling the current flowing through the lamps and / or by modulating the pulse width.

Les images successives fournies par le détecteur 38 sont mises sous forme numérique dans l'interface 40 et transmises au processeur 44. Dans ce dernier, les défauts peuvent être décelés en effectuant une détection de contour sur les zones de réflectivité différentes de la réflectivité environnante : tout contour suffisamment étendu avec un contraste suffisamment important sera considéré comme suspect. Il pourra y avoir alors affichage d'une image fixe sur un moniteur (non-représenté) pour permettre à un opérateur de déterminer la nature du défaut détecté. The successive images provided by the detector 38 are put in digital form in the interface 40 and transmitted to the processor 44. In the latter, the faults can be detected by carrying out a contour detection on the zones of reflectivity different from the surrounding reflectivity: any sufficiently wide contour with a sufficiently large contrast will be considered suspect. There may then be a still image displayed on a monitor (not shown) to allow an operator to determine the nature of the detected fault.

Il peut également y avoir détection des défauts par utilisation d'un algorithme approprié, tel que l'algorithme de Prewitt, qui est un algorithme de gradient permettant de déterminer des contours sur une image. There may also be fault detection by using an appropriate algorithm, such as the Prewitt algorithm, which is a gradient algorithm for determining contours on an image.

Le processeur peut être complété de façon à effectuer un classement des défauts, permettant de déterminer, d'après le contour et l'étendue du défaut, s'il s'agit d'une fissure, d'une boursouflure, d'une inclusion, etc. The processor can be completed in order to carry out a classification of the defects, making it possible to determine, according to the contour and the extent of the fault, whether it is a crack, a blister, an inclusion , etc.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, deux dispositifs de détection de défaut d'aspect sont prévus, chacun observant la tôle alors quelle est portée par un tambour différent. In the embodiment of Figure 1, two appearance defect detection devices are provided, each observing the sheet while it is carried by a different drum.

L'installation comporte également un dispositif de détection de trous, ayant une constitution comparable à celle déjà décrite, si ce n'est que les moyens d'éclairage 22a et les moyens de formation d'image 32a sont disposés face à face, de part et d'autre de la tôle en circulation entre deux tambours 18 et 20. Tous les trous de la tôle se traduisent par un illumination locale du détecteur de la caméra 32a. The installation also includes a hole detection device, having a constitution comparable to that already described, except that the lighting means 22a and the image-forming means 32a are arranged face to face, from side to side. and the other of the sheet in circulation between two drums 18 and 20. All the holes in the sheet translate into local illumination of the detector of the camera 32a.

Le dispositif de détection de trous peut également être utilisé pour localiser les bords de la tôle, et fournir au processeur 44 une information lui permettant de n'alimenter que celles des diodes qui éclairent effectivement la tôle. The hole detection device can also be used to locate the edges of the sheet, and provide the processor 44 with information enabling it to supply only those of the diodes which effectively light up the sheet.

Claims

1. Device for detecting faults on a flat product (10) circulating in the direction of its length, such as a sheet metal, comprising means (22) for lighting a narrow transverse strip of the product under oblique incidence in a determined location of its circulation path, means (32) for forming an image of said strip, placed to receive the light returned by said strip, and means for analyzing this image,

characterized in that the lighting means (22) consist of at least one row of aligned light-emitting diodes (30), providing a light beam having a small angular opening in the direction of circulation.

2. Device according to claim 1, characterized in that an optical filter (36) transparent to the emission wavelength of the light emitting diodes is interposed on the path of the light reflected in the image forming means.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the image forming means (32) consist of at least one CCD camera.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it comprises means (44,46) for controlling the optical power of the light-emitting diodes, making it possible to maintain the flux received by said strip at a constant value or to take into account the reflectivity of the product.

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting diodes (30) are supplied with pulses and in that the image-forming means are synchronized with the pulses.

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the lighting means comprise two rows of light-emitting diodes arranged in staggered rows and oriented so as to illuminate the same strip.

7. Control installation comprising means for circulating the flat product, at least one device according to any one of the preceding claims, a device (22a, 32a) for locating the edges of the product and means for, in response to information from the edge location device, cut off the power supply of light-emitting diodes whose beam is directed beyond the edges.

8. Installation according to claim 7, characterized in that said locating device also comprises lighting means (22a) constituted by at least one row of aligned light-emitting diodes and image-forming means constituted by at least one camera CCD.

9. Installation according to claim 8, characterized in that the row of light emitting diodes and the camera of the locating device are placed on either side of the flat product so as to detect the holes in the product.

10. Installation according to claim 8 or 9, characterized in that it comprises means (46) for measuring the speed of circulation of the flat product and means for pulsing the emission of light-emitting diodes and controlling the charge transfers in the CCD camera at a rate that depends on said speed.