FR3088723A1 - Dispositif de detection optique des defauts d’un materiau en feuille, muni d’une chambre d’eclairage - Google Patents
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Abstract
Dispositif de détection optique (7, 8) des défauts d'un matériau en feuille réfléchissant (3, 4) qui est destiné à défiler par rapport au dispositif de détection (7, 8) selon une direction de défilement, comportant des moyen d'émission de rayonnement lumineux en direction du matériau en feuille, et des moyens de réception de ce rayonnement lumineux, ce dispositif de détection (7, 8) étant caractérisé en ce qu'il comporte une tête de détection (9) des défauts de surface du matériau en feuille, cette tête de détection (9) comprenant : - une chambre d'éclairage (19) ; - une source lumineuse linéaire (21) ; - une camera linéaire (18) dont le plan de détection est situé en dehors de la chambre d'éclairage (19).
Description
DESCRIPTION
Titre : DISPOSITIF DE DÉTECTION OPTIQUE DES DÉFAUTS D’UN MATÉRIAU EN FEUILLE, MUNI D’UNE CHAMBRE D’ÉCLAIRAGE
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine du contrôle industriel dans la production de matériaux en feuille et vise un dispositif de détection optique des défauts d’un matériau en feuille réfléchissant.
Diverses industries, notamment du domaine de la métallurgie, produisent des matériaux en feuille qui réfléchissent au moins partiellement la lumière, tels que des feuilles d’acier ou d’aluminium. Dans ce type d’industrie, ces matériaux en feuille sont généralement produits en défilement continu et à grande vitesse. Ces industries fournissent des secteurs exigeants telles que l’automobile, l’aéronautique, ou encore l’emballage et la pharmacie. Dans ce contexte, le contrôle qualité est d’une part impératif pour garantir un produit conforme à des exigences élevées, et est d’autre part difficile à mettre en œuvre compte tenu des grandes vitesses de défilement des matériaux en feuille produits ainsi que, dans la plupart des cas, l’extrême finesse du matériau en feuille produit. De plus, les contraintes spécifiques aux matériaux en feuille qui réfléchissent la lumière compliquent également le contrôle de leurs défauts par des dispositifs optiques.
ART ANTÉRIEUR
La demande de brevet EP1606608 décrit un dispositif de contrôle permettant de déceler la présence de trous dans des matériaux en feuille défilant en bande continue et à grande vitesse. Ce dispositif comporte des moyens d’émission d’un rayonnement lumineux en direction du matériau en feuille et des moyens de réception de ce rayonnement lumineux en dessous de la feuille. Le dispositif est ainsi à même de détecter les trous présents dans le matériau en feuille.
On connaît par ailleurs d’autres dispositifs de détection permettant la détection des défauts de surface. Ces dispositifs font appel à divers couples d’émetteur lumineux et de récepteur lumineux qui sont positionnés avec précision les uns par rapport aux autres en vue de travailler un angle particulier adapté au matériau en feuille contrôlé et au type de défaut recherché. Ces dispositifs nécessitent de nombreux éléments placés en général à une distance importante du matériau en feuille, ces dispositifs étant d’une part encombrants et d’autre part, nécessitant des réglages et des étalonnages complexes qui doivent être régulièrement repris lorsque le matériau en feuille produit est changé ou que les défauts constatés diffèrent.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’améliorer les dispositifs de détection optique des défauts d’un matériau en feuille réfléchissant.
À cet effet, l’invention vise un dispositif de détection optique des défauts d’un matériau en feuille réfléchissant qui est destiné à défiler par rapport au dispositif de détection selon une direction de défilement, comportant des moyen d’émission de rayonnement lumineux en direction du matériau en feuille, et des moyens de réception de ce rayonnement lumineux, ce dispositif de détection comportant une tête de détection des défauts de surface du matériau en feuille, cette tête de détection comprenant :
- une chambre d’éclairage ;
- une source lumineuse linéaire ;
- une camera linéaire dont le plan de détection est situé en dehors de la chambre d’éclairage, le plan de détection de la camera linéaire étant défini comme le plan passant par la lentille de la camera et orthogonal à la direction dans laquelle est pointée la caméra linéaire.
Un tel dispositif de détection procure un contrôle très fiable des défauts de surface spécifiques apparaissant sur les matériaux en feuille qui réfléchissent la lumière. L’expression « matériau réfléchissant » est ici employée, dans la description et les revendications, pour désigner un matériau qui, lorsqu’il est mis en feuille, réfléchit au moins partiellement la lumière.
Les défauts de surface sur un matériau en feuille réfléchissant sont particulièrement difficiles à détecter.
La production de ces matériaux en feuille fait généralement intervenir des opérations de laminage, éventuellement avec une huile de laminage pulvérisée sur les rouleaux de laminage. Des défauts de surface de taille très faible et de diverses natures peuvent ainsi apparaître sur le matériau en feuille, liés par exemple à un défaut d’homogénéité dans la pulvérisation de l’huile de laminage, ou à des phénomènes d’arrachement entre deux feuilles du matériau venant d’être laminé et qui sont ensuite séparées.
Des défauts de surface aussi différents que des taches sombres et des taches brillantes peuvent être détectés par le dispositif de détection selon l’invention, et ce sans autre réglage ni étalonnage que celui de la distance entre la chambre d’éclairage et le matériau en feuille. Cette distance n’est par ailleurs pas un réglage qui influe sur la qualité de la détection puisqu’il s’agit simplement de disposer le dispositif de détection en vis-à-vis de la bande de matériau en feuille contrôlée de sorte que la chambre d’éclairage soit la plus proche possible du matériau en feuille sans bien entendu entrer en contact avec lui et sans gêner son défilement.
La compacité du dispositif de détection selon l’invention permet de l’insérer dans la plupart des étapes de la production, au sein même des équipements, même dans les portions comportant de nombreux rouleaux rapprochés, et sans forcément réserver une plage de la ligne de production spécifiquement pour le contrôle. Des gains industriels sont ainsi possibles, ainsi qu’un meilleur positionnement du dispositif de détection et donc un meilleur contrôle.
Selon un autre objet, l’invention vise un procédé mettant en œuvre un dispositif de détection tel que décrit ci-dessus et comportant les étapes suivantes :
- déplacer un matériau en feuille relativement au dispositif de détection ;
- activer la source lumineuse linéaire ;
- activer la camera linéaire et mesurer l’intensité lumineuse captée par elle ;
- si l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire diminue en deçà d’un seuil prédéterminé, détecter un défaut de surface sombre ;
- si l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire augmente au-delà d’un seuil prédéterminé, détecter un défaut de surface brillant.
Ce procédé peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- le procédé comporte en outre une étape de transmettre, par une sortie numérique, l’identification des défauts de surface sombre et des défauts de surface brillants ;
- le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
- mémoriser les lignes successives détectées par la caméra linéaire au fur et à mesure du déplacement relatif du matériau en feuille et du dispositif de détection ;
- reconstituer la forme des défauts détectés ;
- le procédé comporte les étapes suivantes :
- mémoriser les images de forme des défauts détectés ;
- afficher les images de forme des défauts détectés ;
- le procédé comporte les étapes suivantes :
- mesurer des grandeurs de dimensions linéaires et de surface des défauts détectés ;
- classer chaque défaut détecté dans une classe de criticité en fonction desdites mesures.
Le dispositif de détection peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- la chambre d’éclairage est formée d’une paroi opaque dont la surface interne est réfléchissante, cette chambre d’éclairage s’étendant dans une direction longitudinale qui est sensiblement perpendiculaire à ladite direction de défilement, cette chambre d’éclairage comportant une fente s’étendant dans ladite direction longitudinale ;
- la source lumineuse linéaire s’étend dans ladite direction longitudinale et est placée dans la chambre d’éclairage ;
- la caméra linéaire s’étend dans ladite direction longitudinale, en vis-à-vis de la fente de la chambre d’éclairage ;
- la fente est centrée sur la paroi de la chambre d’éclairage ;
- la fente s’étend sur toute la longueur de la chambre d’éclairage ;
- la source lumineuse linéaire est disposée en dehors du champs de vision de la camera linéaire ;
- la source lumineuse linéaire comporte deux rampes lumineuses disposées de part et d’autre de la fente ;
- la chambre d’éclairage comporte deux rebords à l’opposé de la fente, les rampes lumineuses étant disposées sur ces rebords ;
- les rebords délimitent une fenêtre d’éclairage de la chambre d’éclairage ;
- le champ de vision de la camera linéaire s’étend sur toute la longueur de la chambre d’éclairage ;
- la camera linéaire est constituée d’une pluralité de caméras alignées selon la direction longitudinale, de sorte que les champs de vision de deux caméras voisines se recoupe ;
- le dispositif comporte un châssis adapté à positionner la chambre d’éclairage de manière rasante en vis à vis du matériau en feuille ;
- le châssis est adapté à disposer la chambre d’éclairage à une distance comprise entre 1 cm et 20 cm du matériau en feuille ;
- le dispositif comporte une unité de commande adaptée à détecter une baisse, en deçà d’un seuil prédéterminé, de l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire ;
- l’unité de commande est adaptée à détecter une hausse, au-delà d’un seuil prédéterminé, de l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire ;
- la hauteur de la chambre d’éclairage est comprise entre 2 et 10 cm.
L’invention vise également un dispositif de détection optique des défauts d’un matériau en feuille réfléchissant, comportant des moyens d’émission de rayonnement lumineux en direction du matériau en feuille, et des moyens de réception de ces rayonnements lumineux. Ce dispositif comporte :
- une première tête de détection de défauts de surface ;
- une deuxième tête de détection de trous ;
- une unité de commande adaptée à cartographier le matériau en feuille en positionnant et associant les défauts de surface identifiés par la première tête de détection et les trous identifiés par la deuxième tête de détection.
Le dispositif peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- l’unité de commande comporte des moyens de détection du positionnement relatif du dispositif de détection et du matériau en feuille ;
- l’unité de commande comporte un capteur de la position relative du dispositif de détection et du matériau en feuille ;
- l’unité de commande comporte une entrée de vitesse de défilement du matériau en feuille ;
- la tête de détection de trous comporte un émetteur lumineux linéaire et une cellule de détection linéaire adaptés à être placés de part et d’autre du matériau en feuille ;
- la tête de détection de défauts de surface comporte un émetteur lumineux linéaire disposé dans une chambre d’éclairage et une caméra linéaire montée en visà-vis de la chambre d’éclairage ;
- la première tête de détection de défauts de surface et la deuxième tête de détection de trous sont regroupées dans un même boiter ;
- le dispositif comporte :
- un émetteur lumineux linéaire disposé dans une chambre d’éclairage ;
- une camera linéaire de la première tête de détection de défauts de surface, cette camera linéaire étant montée en vis-à-vis de la chambre d’éclairage ;
- une cellule de détection linéaire de la deuxième tête de détection de trous, cette cellule de détection linéaire et l’émetteur lumineux linéaire étant adaptés à être placés de part et d’autre du matériau en feuille ;
- la chambre d’éclairage comporte une fente en vis-à-vis de la camera linéaire et une fenêtre d’éclairage en vis-à-vis de la cellule de détection linéaire ;
- l’unité de commande comporte une sortie numérique adaptée à fournir une image du matériau en feuille comportant la cartographie des trous et des défauts de surface détectés ;
- la sortie numérique est adaptée à fournir une cartographie identifiant les trous avec un premier indicateur et identifiant les défauts de surface avec un deuxième indicateur distinct du premier indicateur ;
- les défauts de surface sont identifiés différemment selon leur nature sombre ou brillante ;
- la tête de détection de défauts de surface comporte un filtre optique adapté à filtrer les longueurs d’ondes émises par la tête de détection de trous ;
- la tête de détection de trous comporte un filtre optique adapté à filtrer les longueurs d’ondes émises par la tête de détection de défauts de surface ;
- le dispositif comporte un châssis portant l’unité de commande et relié à la tête de détection de trous et à la tête de détection de défauts de surface ;
- le châssis est adapté à positionner la tête de détection de trous et la tête de détection de défauts de surface de part et d’autre d’un rouleau de guidage de matériau en feuille ;
- l’unité de commande comporte une horloge de cadencement commune à la tête de détection de trous et à la tête de détection de défauts de surface.
Selon un autre objet, l’invention vise un procédé mettant en œuvre le dispositif décrit ci-dessus. Ce procédé comporte les étapes suivantes :
- établir une cartographie du matériau en feuille ;
- afficher ladite cartographie sur un écran en identifiant les trous avec un premier indicateur et les défauts de surface détectés avec un deuxième indicateur qui est différent du premier indicateur.
Le procédé peut comporter en outre l’étape d’identifier les motifs répétitifs de défauts.
De plus, au sein de la cartographie, chaque défaut détecté peut être représenté par une image caractérisée par un positionnement représentatif du positionnement du défaut correspondant sur le matériau en feuille, la taille de cette image étant représentative de la taille du défaut correspondant.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
[Fig.1 ] La figure 1 est une vue schématique de profil d’une portion de ligne de production d’un matériau en feuille, comportant deux dispositifs de détection selon l’invention ;
[Fig.2] La figure 2 illustre l’un des dispositifs de détection de la figure 1 ;
[Fig.3] La figure 3 illustre le fonctionnement de la tête de détection de trous du dispositif de la figure 2 ;
[Fig.4] La figure 4 illustre le fonctionnement de la tête de détection de défauts de surface du dispositif de la figure 2 ;
[Fig.5] La figure 5 est une vue de profil de la tête de détection de défauts de surface de la figure 4 ;
[Fig.6] La figure 6 est un graphique illustrant les modes de détection de la tête de détection de défauts de surface des figures 4 et 5 ;
[Fig.7] La figure 7 représente une cartographie d’une portion de matériau en feuille réalisée par le dispositif de détection de la figure 2 ;
[Fig.8] La figure 8 est une vue similaire à la figure 1, montrant deux dispositifs de détection selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
[Fig.9] La figure 9 illustre le deuxième mode de réalisation et représente l’un des dispositifs de détection de la figure 8 ;
[Fig.10] La figure 10 illustre le fonctionnement des deux têtes de détection du dispositif de détection de la figure 9 ;
[Fig.11] La figure 11 illustre une variante de réalisation pour les dispositifs de détection de la figure 1.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La figure 1 illustre schématiquement une portion d’une ligne de production destinée à produire un matériau en feuille sous forme de bande. Dans le présent exemple, le matériau en feuille est un film métallique tel qu’une feuille d’aluminium destinée à la réalisation du papier aluminium ménager ou des feuilles aluminium utilisées dans l’emballage alimentaire. Ce type de matériau en feuille est produit dans un outil industriel conséquent et complexe, à cadence élevée, et dans dans un contexte de haut niveau de qualité.
La figure 1 est une représentation schématique de profil d’un équipement industriel de production de matériau en feuille par bandes défilant en continu. Les rouleaux de guidage des bandes de matériau sont schématisés par des cercles tandis que le matériau en feuille lui-même, vu de profil, est représenté par une ligne.
L’exemple de la figure 1 illustre un cas particulièrement contraignant pour la mise en œuvre de la détection de défauts. Il s’agit d’une portion de la ligne de production où, à la sortie de plusieurs laminoirs produisant des bandes de matériau en feuille d’environ un dixième de millimètre d’épaisseur, deux de ces bandes de matériau en feuille sont superposées et sont laminées ensemble, selon une opération finale de laminage (non représentée), pour réduire l’épaisseur respective des bandes de matériau en feuille à quelques pm d’épaisseur. Les deux bandes de matériau en feuille initiales 3, 4 sont superposées en continu en une feuille double 2.
Après l’opération finale de laminage, les deux bandes de matériau en feuille
3, 4, qui constituent la feuille double 2, sont séparées par un dispositif de séparation grâce à des rouleaux de guidage 1 et 5 et poursuivent ensuite leur chemin vers les étapes finales du procédé telles que découpe et enroulement.
En pratique, un tel dispositif de séparation 6 est une machine compacte présentant un faible espace entre les rouleaux et un accès difficile pour y loger des équipements de contrôle. Dans ce contexte, le dispositif de séparation 6 comporte deux dispositifs de détection optique 7, 8 contrôlant les défauts respectivement de la bande 3 et de la bande 4. Les dispositifs de détection 7, 8 ont une position optimale au sein du procédé. En effet, les défauts sont mieux détectés ou mieux interprétés à certaines positions, ici entre deux rouleaux 1, 5 et au plus près de l’opération de dédoublement. Dans le présent exemple, l’un des dispositifs de détection 7 inspecte la face externe de la feuille 3 tandis que l’autre dispositif de détection 8 inspecte la face interne de la feuille 4. Les dispositifs peuvent également placés de part et d’autre de la feuille double 2 ou à tout endroit adéquat permis par la compacité des dispositifs de détection 7, 8. La compacité des dispositifs de détection 7, 8 permet également de les multiplier au sein du procédé, par exemple deux dispositifs de détection 7, 8 peuvent être placés de part et d’autre de la feuille double 2 et deux autres dispositifs peuvent inspecter les faces internes des feuilles 3, 4.
Chacun des dispositifs de détection de défaut 7, 8 comporte une tête de détection de défaut de surface 9 et une tête de détection de trou 10.
Les défauts de surface détectés par la tête 9 sont des portions de surface, généralement inférieures au millimètre, dont l’état de surface ne correspond pas au résultat souhaité. Ces défauts peuvent être la conséquence d’impuretés dans la matière première, de défauts de l’opération de laminage, de défauts dans les rouleaux de laminage, de taches produites par l’huile de laminage, de saletés, etc. Ces défauts de surface, sont ici détectés pour d’une part évaluer la conformité du matériau en feuille produit au vu notamment de l’aspect esthétique souhaité et de ses propriétés mécaniques, et d’autre part pour détecter d’éventuelles anomalies dans le procédé de fabrication et y remédier.
Les défauts relatifs aux trous sont détectés lorsque leur diamètre moyen est supérieur à environ 10 pm. De même que pour les défauts de surface, les défauts liés à la présence de trous sont ici détectés pour garantir la conformité du produit, par exemple pour les matériaux en feuille destinés à contenir un liquide ou un gaz pour lesquels la présence de trous est proscrite, et également pour repérer d’éventuelles anomalies dans le procédé de fabrication.
Le dispositif de séparation 6 comporte de plus un moyen de mesure de la vitesse de défilement des bandes de matériau produites. Ce moyen de mesure peut être réalisé par tout moyen connu, optique ou mécanique, tel que des compteurs de vitesse de rotation installés dans les rouleaux 1, 5 par des capteurs de vitesse 11 mécaniques ou optiques de la vitesse de défilement de la bande. Dans le présent exemple, le capteur 11 est un capteur optique mesurant à la fois la vitesse de défilement de la bande 3 et de la bande 4. Le dispositif de mesure de vitesse 11 peut également être embarqué sur les dispositifs de détection 7, 8.
La figure 2, bien qu’étant toujours une vue schématique, représente le dispositif de détection 7, 8 de la figure 1 plus en détail. Le dispositif de détection 7, 8 comporte un châssis 13 sur lequel est montée la tête de détection 9 de défauts de surface ainsi que la tête de détection 10 de trous. Les têtes de détection 9, 10 peuvent bien entendu être articulées sur le châssis 13 pour multiplier les possibilités de positionnement du dispositif de détection 7, 8 sur la ligne de production.
Le châssis 13 comporte une unité de commande 14 reliée aux deux têtes de détection 9, 10 et réalisée de manière classique, par exemple par une carte électronique munie d’un microcontrôleur. L’unité de commande 14 est de plus reliée à une entrée 15 d’acquisition de vitesse reliée au dispositif de mesure de vitesse 11, ce dernier étant éventuellement embarqué également sur le châssis 13, et à une sortie 16 de cartographie reliée par exemple à des moyens informatiques 17.
La tête de détection 9 de défaut de surface comporte une caméra linéaire 18 s’étendant transversalement à la direction de défilement de la bande de matériau 3, 4 et montée sur une chambre d’éclairage 19 de sorte que la caméra linéaire 18 puisse capter les images provenant de l’intérieur de la chambre d’éclairage 19 par une fente 20 pratiquée dans la paroi de la chambre d’éclairage 19. La caméra 18 est dite linéaire car elle est adaptée à capter des images selon une ligne s’étendant sur toute la largeur de la bande de matériau en feuille. La tête de détection 9 comporte de plus deux rampes d’éclairage 21 situées dans la chambre d’éclairage 19.
La tête de détection 10 de trous comporte quant à elle un émetteur 22 de rayons s’étendant transversalement à la direction de défilement de la bande de matériau en feuille produite. Dans le présent exemple, l’émetteur 22 de rayons est un émetteur de rayons laser. L’émetteur 22 est un émetteur laser linéaire c’est à dire qu’il est adapté à émettre une ligne de rayonnement laser s’étendant sur toute la largeur de la bande de matériau en feuille. Il comporte généralement un dispositif optique permettant de le rendre linéaire. La tête de détection 10 comporte de plus une cellule de détection 24 qui est également linéaire et s’étend sur toute la largeur de la bande de matériau, en vis-à-vis de l’émetteur 22. La cellule de détection 24 est sensible aux rayonnements laser 26 (schématisé en pointillés) et permet de détecter la présence d’un trou 25 dans le matériau en feuille 3, 4 en détectant la réception effective du rayonnement laser à l’endroit précis du trou 25. La tête de détection 10 de trous peut être par exemple conforme à la demande de brevet EP1606608.
Le dispositif de détection 7, 8 est positionné par des fixations (non représentées) en vis-à-vis du lieu de défilement de la bande de matériau en feuille produite de sorte que la chambre d’éclairage soit montée proche vis-à-vis du matériau en feuille. La base de la chambre d’éclairage 19 peut par exemple être positionnée à une distance 27 de quelques cm à quelques dizaines de cm de la surface du matériau en feuille. À titre d’exemple, la hauteur 28 de la chambre d’éclairage 19 peut être de l’ordre de 5 à 20 cm. La hauteur 28 de la chambre d’éclairage 19 est définie comme la dimension dans la direction perpendiculaire au matériau en feuille 3, 4.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement chacune des têtes de détection 9, 10 séparément pour une meilleur visibilité des figures, sans le châssis 13 et selon une vue en perspective.
La figure 3 représente la tête de détection 10 de trous. Le matériau en feuille 3, 4 est schématiquement représenté transparent pour montrer la cellule de détection linéaire 24 qui se trouve, sur cette vue, sous le matériau en feuille 3, 4. L’émetteur linéaire 22 peut être réalisé par tout moyen permettant d’émettre un rayonnement lumineux s’étendant le long d’une même ligne qui est perpendiculaire à la direction de défilement du matériau en feuille 3, 4. L’émetteur linéaire 22 est dans cet exemple constitué de trois têtes d’émission 29 et des lentilles optiques adéquates pour produire la ligne laser allant d’un bord à l’autre du matériau en feuille 3, 4.
La cellule de détection linéaire 24 est donc disposée de sorte à recevoir et détecter ce rayonnement laser en cas d’absence du matériau en feuille 3, 4. La cellule 24 est constituée par tout moyen tel qu’une juxtaposition de cellules optiques sensibles aux rayonnements laser. Par ailleurs, la cellule 24 comporte avantageusement un filtre adapté à filtrer la longueur d’onde correspondant à la lumière émise par les rampes d’éclairage 21 de la chambre d’éclairage 19. La tête de détection de trous ne subit ainsi pas l’influence parasite de la lumière mise en œuvre au sein de la tête de détection 9 de défauts de surface. L’émetteur 22 et la cellule de détection 24 sont de préférence tous deux plus larges que la bande de matériau en feuille 3, 4 produite de manière à couvrir toute sa largeur et à contrôler ainsi, lors du défilement, l’ensemble de la surface du matériau en feuille 3, 4 et en particulier détecter les criques qui peuvent apparaître sur les rives de la bande métallique.
La figure 4 représente la tête de détection 9 de défaut de surface, montrée seule, du dispositif de détection 7, 8. La figure 4 est une vue éclatée montrant la caméra linéaire 18 séparée de la chambre d’éclairage 19.
La chambre d’éclairage 19 présente un profil semi-circulaire s’étendant transversalement à la bande de matériau en feuille 3, 4. Les rampes d’éclairage 21 (visibles en pointillés sur la figure 4) situées dans la chambre d’éclairage 19 s’étendent longitudinalement le long de la chambre d’éclairage 19. Ces rampes d’éclairage 21 sont par exemple constituées d’un assemblage de LED ou de toute autre source lumineuse disposée en rampe.
La caméra linéaire 18 est quant à elle constituée par tout moyen adapté à recevoir et coder les rayons lumineux reçus sur toute la longueur de la chambre d’éclairage 19. La caméra linéaire 18 peut par exemple être constituée d’une succession de cellules photosensibles alignées, ou encore, comme c’est le cas illustré sur la figure 4, par une succession de caméras 30 alignées et dont les champs de vision se recoupent pour permettre de reconstituer informatiquement une image linéaire.
Le positionnement des rampes d’éclairage 21 est fait de sorte qu’elles n’interfèrent pas avec le champ de vision de la caméra linéaire 18.
La figure 5 représente la tête de détection 9 de défauts de surface vue de profil, en coupe.
La caractéristique définissant la chambre d’éclairage 19 est sa capacité à fournir un éclairage uniforme et continu, propice à la détection des défauts de surface. Un éclairage uniforme et continu présente de faibles variations d’intensité, ce qui garanti que les variations de l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire 18 sont bien liées à des défauts de surface. La chambre d’éclairage 19 peut être réalisée par tout moyen permettant cet éclairage uniforme et continu, par exemple un émetteur lumineux continu, ou, comme dans le présent exemple, une chambre 19 semicirculaire avec surfaces réfléchissantes 31.
La paroi de la chambre d’éclairage 19 est opaque et sa surface interne 31 est réfléchissante. Avantageusement, cette surface interne 31 est réalisée par un polissage miroir si la paroi 32 est métallique, ou par exemple par un revêtement hautement réfléchissant procurant un effet miroir. Les rayons lumineux issus des rampes d’éclairage 21 parviennent ainsi selon une modulation continue d’angles sur la surface du matériau en feuille 3, 4, comme schématisé sur la figure 5 par les différentes flèches en pointillés. Le montage de la caméra linéaire 18 lui permet de capter l’image du matériau en feuille 3, 4 à travers la fente 20 sans que les rayons des rampes d’éclairage parviennent directement à la caméra linéaire 18.
La chambre d’éclairage 19 comporte de plus deux rebords 37 délimitant une fenêtre d’éclairage 36 qui est plus large que la fente 20. Les rampes d’éclairage 21 sont montées chacune sur un rebord 37 de sorte que ces rampes d’éclairage 21 soient tournées vers la surface interne 31 réfléchissante. L’éclairage obtenu en sortie de la fenêtre d’éclairage 36 est un éclairage uniforme et continu, propice à la détection des défauts de surface de toute nature.
De même que précédemment, la caméra linéaire 18 comporte avantageusement un filtre optique adapté à filtrer la longueur d’onde du rayonnement laser de l’émetteur 22 de la tête de détection 10 de trous, de sorte que le travail de cette dernière ne perturbe pas le fonctionnement de la tête de détection 9 de défauts de surface.
Comme représenté à la figure 5, le plan de détection de la camera linéaire 18 est situé en dehors de la chambre d’éclairage. L’agencement mutuel de la camera linéaire 18, de la chambre d’éclairage 19 et des rampes d’éclairage 21 permet ainsi de fournir un éclairage diffus situé sous le plan de détection 38 de la caméra linéaire 18 (dans l’orientation du dispositif représenté à la figure 5). Le plan de détection 38 de la camera linéaire 18 est défini comme le plan passant par la lentille de la camera 18 et orthogonal à la direction 39 dans laquelle est pointée la caméra linéaire (18). Ceci offre un contraste optimal, particulièrement pour les défauts brillants.
La tête de détection 9 de défauts de surface procure ainsi, avec la chambre d’éclairage 19 montée proche du matériau en feuille 3, 4, un éclairage confiné dans la chambre d’éclairage 19 et incident sur le matériau selon une infinité d’angles. Cette configuration permet une détection optimale de l’ensemble des défauts de surface pouvant se présenter sur un matériau en feuille réfléchissant tel qu’une feuille métallique.
La détection des défauts de surface est réalisée par l’unité de commande 14 qui, à partir des informations transmises par la tête de détection 9, détermine la présence, la localisation, et la nature d’un défaut de surface.
La figure 6 illustre le traitement par l’unité de commande 14 des informations reçues de la tête de détection 9 de défauts de surface et permettant la détection de ces défauts. Le graphique de la figure 6 représente l’évolution de l’intensité lumineuse captée par l’un des pixels de la caméra linéaire 18 en fonction du temps. Dans cet exemple illustratif, ce pixel de la caméra 18 capte une intensité lumineuse nominale N tant que le matériau en feuille 3, 4 défile sous la tête de détection 9 sans qu’aucun défaut de surface ne soit présent sur le matériau en feuille.
À l’instant T1, l’intensité lumineuse captée par le pixel concerné chute brutalement, puis revient ensuite à sa valeur nominale. Ce moment T1 correspond au passage d’un défaut de surface sombre devant le pixel concerné.
À l’instant T2, l’intensité lumineuse captée par le pixel concerné augmente brutalement, ce qui correspond au passage d’un défaut de surface brillant devant le pixel.
Ce comportement de l’intensité lumineuse captée par chacun des pixels de la caméra linéaire 18 est rendu possible, même pour un matériau réfléchissant, grâce à la tête de détection 9.
Chacun des pixels de la caméra linéaire 18 ayant ce comportement, l’unité de commande 14, qui reçoit ces informations d’intensité lumineuse de chacun des pixels, applique un seuil bas S1 et un seuil haut S2 à partir desquels la détection d’un défaut est validée. Ainsi, pour l’instant T1, le niveau d’intensité lumineuse capté par le pixel étant passé en dessous du seuil S1, l’identification d’un défaut sombre est réalisée pour ce pixel. De même pour l’instant T2, au cours duquel l’intensité lumineuse captée augmente au-delà du seuil S2, déterminant ainsi la détection d’un défaut de surface brillant. L’unité de commande 14 regroupe les pixels voisins pour lesquels un défaut de surface est détecté et détermine ainsi la taille du défaut de surface, en plus d’avoir déterminé sa nature sombre ou brillante.
Lors de la détection d’un défaut, l’unité de commande 14 cherche à caractériser le défaut de façon poussée en analysant par exemple la largeur, l’intensité, la longueur et la forme du défaut.
Grâce à l’éclairage uniforme et continu fourni par la chambre de détection 9, la sensibilité de la caméra linéaire 18 est mise à profit pour détecter les variations d’intensité lumineuse uniquement liées aux défauts de surface, sans être parasitée par d’éventuelles variations de l’intensité lumineuse de l’éclairage.
Lors de la détection d’un défaut, que ce soit par la tête de détection 9 de défauts de surface ou la tête de détection 10 de trous, l’unité de commande 14 détermine quelle est la position transversale de ce défaut sur le matériau en feuille 3, 4 en déterminant quel pixel de la caméra linéaire 18 ou quel pixel de la cellule de détection 24 est concerné et en lui assignant une position dans la direction du sens de défilement du matériau en feuille 3, 4 grâce au dispositif de mesure de la vitesse de défilement de la bande 11 qui fournit à l’unité de commande 14 l’information requise et en tenant compte dans le calculateur du décalage spatial de position entre l’émetteur 22 et la camera linéaire 18.
En référence à la figure 7, l’unité de commande 14 constitue une cartographie du matériau en feuille 3, 4 au fur et à mesure qu’il défile sous le dispositif de détection 7. Dans cet exemple simplifié, la cartographie constituée par l’unité de commande 14 est schématiquement représentée telle qu’elle pourrait apparaître sur un écran de contrôle destiné à un opérateur. Alternativement ou en complément, cette cartographie peut être traitée sous forme numérique pour déclencher des alertes programmées lors de l’apparition de défauts dépassant un certain seuil ou arrangés d’une certaine façon.
Sur la cartographie schématique de la figure 7, l’axe X représente la largeur du matériau en feuille 3, 4 et l’axe Y est la direction de défilement du matériau en feuille 3, 4.
Sur cet exemple de cartographie, schématique et simplifiée, les trous détectés sont identifiés par un premier indicateur qui est ici une croix, les défauts de surface brillants sont identifiés par un deuxième indicateur différent qui est ici un cercle et les défauts de surface sombres sont identifiés par un troisième indicateur différent qui est ici un disque noir.
L’unité de commande 14 comporte avantageusement une horloge de cadencement commune aux deux organes de détection que sont la cellule de détection 24 et la caméra linéaire 18. Les défauts relatifs aux trous et les défauts de surface sont ainsi simultanément positionnés sur la cartographie au fur et à mesure de son défilement.
Le dispositif de détection 7 permet ainsi tout d’abord de diagnostiquer de manière classique le matériau en feuille 3, 4 au fur et à mesure de son défilement en indiquant l’ensemble des défauts présents à sa surface. Un opérateur ou un dispositif automatisé programmé dans les moyens informatiques 17 peut alors qualifier le matériau en feuille 3, 4 en lui attribuant une note de qualité ou encore le déclarer conforme ou non conforme.
De plus, la cartographie permet de repérer des groupes de défauts répétitifs comme illustrés dans la partie entourée 33. Dans cette zone 33, un même motif composé de trous également arrangés entre eux est répété à un intervalle régulier de distance. Une telle situation reflète un défaut sur la ligne de production, par exemple un rouleau comportant un défaut de surface localisé et agissant par poinçonnage sur le matériau en feuille 3, 4 à chaque rotation de ce rouleau. Un tel agencement de défaut déclenche alors une alerte de contrôle et de maintenance pour un défaut dont au moins la localisation selon l’axe X est connue sur le rouleau incriminé.
Un autre exemple de défaut repéré à l’aide de la cartographie est donné par la zone entourée 34. Sur cette zone 34, un même motif de trous détectés alterne, à intervalle régulier, avec un même motif de défauts de surface brillant. L’alternance des défauts relatifs aux trous et des défauts de surface au sein d’un même motif répétitif donne d’importantes informations sur les défauts très complexes qui peuvent avoir lieu sur une ligne de production de laminage et d’enroulement de matériau en feuille. Par exemple, une interaction entre des défauts de surface d’un rouleau de laminage et de l’huile de laminage qui est pulvérisée lors de cette opération de laminage peut aboutir à des échauffements localisés ou, au contraire, à des points froids et provoquer une combinaison de défauts relatifs à la présence de trous qui interagissent avec les conditions d’apparition de défauts de surface.
La détection combinée des trous et des défauts de surface permet de mieux identifier la cause des trous. Part exemple, un trou isolé peut provenir d’une inclusion dans la matière première à la sortie de la coulée continue. Une série de trous alignés et superposés avec un défaut de surface, éventuellement plus long que la ligne de trous elle-même, indiquerait un arrachement de matière au moment du passage dans les rouleaux d’un laminoir. Une cause différente selon les cas qui conduirait à un remède différent.
Ce type de motif répétitif combinant les défauts de surface et les défauts relatifs aux trous permettent de donner des indications très précises sur la zone de la ligne de production où un problème est présent et sur la nature de ce problème.
Une telle cartographie est particulièrement avantageuse pour être utilisée avec des moyens informatiques de type intelligence artificielle ou tout autre dispositif capable d’apprendre et qui peut être calibré par l’observation d’un grand nombre de motifs formés de combinaisons des défauts relatifs aux trous et des défauts de surface mis en corrélation avec le type particulier de défaut sur la ligne de production correspondante. Les informations des défauts relatifs aux trous et des défauts de surface peuvent bien entendu être complétées par toutes les informations disponibles au sein de l’unité de commande telles que la taille des défauts et, pour les défauts de surface, leur nature sombre ou brillante.
Des diagnostics très précis de l’outil de production peuvent ainsi être réalisés grâce à cette cartographie.
L’unité de commande 14 peut mesurer des grandeurs de dimensions linéaires et de surface des défauts détectés, c’est à dire mesurer en longueur, en largeur, et en surface chacun des défauts détectés. Ces mesures dimensionnelles permettent par exemple de classer chaque défaut détecté dans une classe de criticité en fonction desdites mesures.
Les figures 8 à 10 illustrent un deuxième mode de réalisation du dispositif de détection 7,8. Dans ces figures, les éléments communs avec le premier mode de réalisation sont numérotés de la même manière. Selon ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de détection comporte un boîtier 35 regroupant la tête de détection 9 de défauts de surface et la tête de détection 10 de trous.
En référence à la figure 8, ce deuxième mode de réalisation du dispositif de détection 7, 8 permet un agencement particulièrement compact.
La figure 9 illustre plus en détails la constitution des têtes de détection 9, regroupées. La tête de détection 9 de défauts de surface est identique à la tête de détection 9 de défauts de surface conforme au premier mode de réalisation. La tête de détection 10 de trous diffère quant à elle par la réalisation de l’émetteur 22 qui, selon ce deuxième mode de réalisation, est constitué par l’agencement des rampes d’éclairage 21 et de la chambre d’éclairage 19. La rampe d’éclairage 22 assure donc, en plus de sa fonction liée à la détection des défauts de surface, la fonction d’émetteur 22 de rayons pour la tête de détection 10 de trous.
La cellule de détection linéaire 24 est placée de l’autre côté de la bande de matériau 3, 4, en vis-à-vis de la fenêtre d’éclairage 36.
En référence à la figure 10, les rampes d’éclairage 22, qui forment deux émetteurs de rayons 22, projettent des rayons sur la paroi de la chambre d’éclairage 19 de sorte que certains de ces rayons traversent un éventuel trou 25 du matériau en feuille 3, 4, ce dernier étant alors détecté par la cellule de détection linéaire.
Le dispositif de détection 7, 8 selon ce deuxième mode de réalisation fonctionne par ailleurs comme le dispositif conforme au premier mode de réalisation, et est adapté à produire une cartographie des défauts du matériau en feuille avec les mêmes avantages.
La figure 11 illustre une variante de réalisation applicable aux dispositifs de détection 7, 8 de la figure 1. Selon cette variante, le châssis 13 présente une forme adaptée à :
- positionner la tête de détection 10 de trous entre les deux rouleaux 1,5;
- positionner la tête de détection 9 de défauts de surface en vis-à-vis du rouleau 5.
Un dispositif de détection 7, 8 selon cette variante permet d’éloigner les deux sources de lumières relatives respectivement aux têtes 9 et 10 en vue de minimiser les interférences. Les cellules de détection et cameras des têtes 9, 10 sont protégées par le rouleau 5 lui-même. Cet agencement permet de se passer de filtres optiques pour éviter que chaque cellule de détection ou camera d’une tête de détection ne soit parasitée par la lumière de l’autre tête de détection. L’unité de commande du dispositif de détection 7, 8 prend alors en compte la distance séparant les deux têtes de détection et compense la distance parcourue par la bande de matériau en feuille 3, 4 entre les détections de façon à placer sur la cartographie, conjointement, les défauts de surface et les trous au bon emplacement.
Des variantes de réalisation du dispositif de détection optique 7 peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, la chambre d’éclairage 19 peut présenter une forme différente de celle décrite ici en exemple, par exemple une forme parabolique ou toute autre forme jugée adéquate pour le renvoi des rayons lumineux en son sein. De même, la surface interne 31 de la paroi 32 de cette chambre d’éclairage 19 peut présenter d’autres formes alternatives telles que des facettes ou autres surfaces complexes réfléchissantes. Les rampes d’éclairage 21 peuvent quant à elles être placées dans tout endroit à l’intérieur de la chambre d’éclairage 19 tant qu’elles n’interfèrent pas avec la détection de la caméra linéaire 18. Par ailleurs, la structure du châssis 13 peut être modifiée pour s’adapter à une configuration particulière de ligne de production par exemple, en entourant un rouleau de sorte que les deux têtes de détection 9,10 viennent se positionner de part et d’autre d’un rouleau que le matériau en feuille enveloppe dans son trajet de défilement, ce rouleau formant de plus un écran supplémentaire pour éviter les interférences lumineuses entre les deux têtes de détection 9, 10.
Claims (22)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de détection optique (7, 8) des défauts d’un matériau en feuille réfléchissant (3, 4) qui est destiné à défiler par rapport au dispositif de détection (7, 8) selon une direction de défilement, comportant des moyen d’émission de rayonnement lumineux en direction du matériau en feuille, et des moyens de réception de ce rayonnement lumineux, ce dispositif de détection (7, 8) étant caractérisé en ce qu’il comporte une tête de détection (9) des défauts de surface du matériau en feuille, cette tête de détection (9) comprenant :- une chambre d’éclairage (19) ;- une source lumineuse linéaire (21) ;- une camera linéaire (18) dont le plan de détection (38) est situé en dehors de la chambre d’éclairage (19), le plan de détection (38) de la camera linéaire (18) étant défini comme le plan passant par la lentille de la camera (18) et orthogonal à la direction (39) dans laquelle est pointée la caméra linéaire (18).
- 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d’éclairage (19) est formée d’une paroi opaque (32) dont la surface interne (31) est réfléchissante, cette chambre d’éclairage (19) s’étendant dans une direction longitudinale qui est sensiblement perpendiculaire à ladite direction de défilement, cette chambre d’éclairage (19) comportant une fente (20) s’étendant dans ladite direction longitudinale.
- 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source lumineuse linéaire (21) s’étend dans ladite direction longitudinale et est placée dans la chambre d’éclairage (19).
- 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la caméra linéaire (18) s’étend dans ladite direction longitudinale, en vis-à-vis de la fente (20) de la chambre d’éclairage (19).
- 5. Dispositif selon l’une des revendication 2 à 4, caractérisé en ce que la fente (20) est centrée sur la paroi (32) de la chambre d’éclairage (19).
- 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la fente (20) s’étend sur toute la longueur de la chambre d’éclairage (19).
- 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse linéaire (21) est disposée en dehors du champs de vision de la camera linéaire (18).
- 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la source lumineuse linéaire comporte deux rampes lumineuses (21) disposées de part et d’autre de la fente (20).
- 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre d’éclairage (19) comporte deux rebords (37) à l’opposé de la fente (20), les rampes lumineuses (21) étant disposées sur ces rebords (37).
- 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les rebords (37) délimitent une fenêtre d’éclairage (36) de la chambre d’éclairage (19).
- 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le champ de vision de la camera linéaire (18) s’étend sur toute la longueur de la chambre d’éclairage (19).
- 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la camera linéaire (18) est constituée d’une pluralité de caméras (30) alignées selon la direction longitudinale, de sorte que les champs de vision de deux caméras (30) voisines se recoupe.
- 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un châssis (13) adapté à positionner la chambre d’éclairage (19) de manière rasante en vis à vis du matériau en feuille (3, 4).
- 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le châssis (13) est adapté à disposer la chambre d’éclairage (19) à une distance comprise entre 1 cm et 20 cm du matériau en feuille (3, 4).
- 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de commande (14) adaptée à détecter une baisse, en deçà d’un seuil prédéterminé (S1), de l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire (18).
- 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de commande (14) est adaptée à détecter une hausse, au-delà d’un seuil prédéterminé (S2), de l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire (18).
- 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur (28) de la chambre d’éclairage est comprise entre 2 et 10 cm.
- 18. Procédé mettant en œuvre le dispositif conforme à l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :- déplacer un matériau en feuille (3, 4) relativement au dispositif de détection (7, 8) ;- activer la source lumineuse linéaire (21) ;- activer la camera linéaire (18) et mesurer l’intensité lumineuse captée par elle ;- si l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire (18) diminue en deçà d’un seuil prédéterminé (S1 ), détecter un défaut de surface sombre ;- si l’intensité lumineuse captée par la camera linéaire (18) augmente audelà d’un seuil prédéterminé (S2), détecter un défaut de surface brillant.
- 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape de transmettre, par une sortie numérique (16), l’identification des défauts de surface sombre et des défauts de surface brillants.
- 20. Procédé selon l’une des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :- mémoriser les lignes successives détectées par la caméra linéaire (18) au fur et à mesure du déplacement relatif du matériau en feuille (3, 4) et du dispositif de détection (7, 8) ;- reconstituer la forme des défauts détectés.
- 21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :- mémoriser les images de forme des défauts détectés ;- afficher les images de forme des défauts détectés.
- 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :- mesurer des grandeurs de dimensions linéaires et de surface des défauts détectés ;5 - classer chaque défaut détecté dans une classe de criticité en fonction desdites mesures.
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| FR3088723B1 (fr) | 2022-08-26 |
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