WO1999040390A1 - Procede et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit en defilement - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and device for measuring the shape and / or the position of a surface of a moving product. It is intended in particular for the measurement of an edge profile of flat metallic products, such as, for example, slabs, plates or steel sheets, but can also be used for measurements of sheet flatness, or even for determine the shape and dimensions of various objects, for example placed on a conveyor belt, by reconstituting their volume from successive sections determined by the method according to one invention.
- a known method for determining the position of a sheet edge makes it possible to deduce therefrom the width of the sheet and the profile along the edges, consists in placing a light source on one side of the sheet, and observing , for example by means of a camera, the edge of the sheet, this edge being defined by the boundary between the dark area, where the light radiation is hidden by the sheet, and the lighted area where the radiation passes next to the sheet metal.
- the edge of the sheet it is a simple determination of the position of the limit of the shadow cast from the edge of the sheet.
- a first problem results from the parallax error which can occur due to a significant transverse displacement of the sheet, while the camera remains fixed in position. This error is all the more important as the sheet is thick, as will be easily understood.
- the error is further amplified in the case where the edge is deformed, having an irregular profile depending on the thickness of the sheet, as shown, for example, in Figure 1.
- a solution already envisaged would consist to ensure a sight perpendicular to the plane of the sheet. But this would require, in fact, to control the position of the camera to the position of the edge of the sheet, or to place the camera far enough so that the angle of sight does not move very far from the perpendicular to the plane sheet metal. Such provisions would complicate the installation of measurements, and would necessarily affect accuracy.
- optical cut which consists in illuminating the product by a transverse flat beam, and in observing, by a matrix camera, in an oblique and sufficiently offset viewing direction relative to the direction of the beam, the shape and the position of the line formed on the product by said flat beam.
- the resolution of such a matrix camera is 500 X 500 pixels.
- the present invention aims to solve these problems and aims to provide a method and a device for determining the shape and position of the surface with great precision, even during large variations of said position, or large surfaces dimensions.
- the subject of the invention is a method of continuously measuring the shape and / or the position of a profile of a surface of a product in movement in a direction of movement, characterized in that that: - a scanning of the surface is carried out by means of an incident light beam directs substantially perpendicular to the said surface and generating a light point on the said surface, the beam being moved in a plane orthogonal to the direction of movement, - the said point is observed in an oblique direction relative to the direction of the light beam, by means at least one linear camera situated substantially in the scanning plane of the beam and provided with a strip of photo-sensitive elements which also extends in the scanning plane,
- the position on the bar of the image of the corresponding point is measured, said position being representative of the orientation of the line of sight passing through said point and through the focus of the camera optics,
- optical cut determines the profile by analysis of the complete image of the cut line formed on the matrix camera
- the process according to the invention determines this profile point by point.
- Each point of this profile is defined in space by its belonging to the scanning plane of the beam and, in this plane, by the intersection of two lines formed by the light rays.
- the position of the point is determined the position of the point as being the intersection of the incident ray and the line of sight of the camera, or of one of the two cameras.
- This embodiment makes it possible to determine the position of the point by triangulation, using only as basic parameters the position of the incident ray and the position of the line of sight of a camera.
- the embodiment which has just been mentioned is however used only in addition to a main embodiment according to which the point formed by the beam is observed by means of two cameras, and the position of the dt is determined. point as the intersection of the line of sight of each camera.
- this mode which will be designated subsequently by the expression "active stereoscopy”
- any point generates by the incident beam on the surface of the product is seen simultaneously by the two cameras.
- the position of this point is defined by the intersection of the two lines passing through the point in question and by the respective focal points of the optical systems of the two cameras, the inclination of these two lines being determined from the measured position of the image of the point on the linear bars of each camera.
- An important advantage of the invention is that it is then possible to use these three different modes of determining the same point to calibrate periodically or continuously during measurement the measurement means and in particular the means making it possible to determine the position of the incident ray. This allows in particular to correct in real time any drift of the scanning device.
- the method according to the invention makes it possible to determine with great precision the position of each point generated by the beam, thanks to the better resolution of the linear camera, for example of 2048 pixels.
- the scanning carried out by the beam can be simply carried out by a rotation or an oscillation around an axis parallel to the longitudinal direction of the product.
- the relationship between the real abscissa of the point formed by the beam and the angular position of said beam depends on the distance between the source and the surface observed. This can be inconvenient for the accuracy of the measurement if large variations in this distance may occur during a measurement.
- the beam is moved parallel to itself during scanning, so that the beam always remains orthogonal to the lateral surface observed, and that the position of the point on the observed surface, in the direction of scanning, is independent of the distance between the source and said surface.
- a scanner formed by a laser source whose ray is directed on an oscillating or rotating mirror placed at the focus of a parabolic mirror, according to a principle known per se.
- the subject of the invention is also a device for continuously measuring the shape and / or the position of a profile of a surface of a product moving in a direction of movement, characterized in that it comprises:
- a source of a light ray arranged to create a light point on said lateral surface
- scanning means for moving the ray in a plane orthogonal to said direction of movement and scanning said surface
- at least one linear camera arranged substantially in the scanning plane and which comprises a strip of photo-sensitive elements also extending in this plane
- the device comprises two linear cameras, and calculation means for:
- each camera has a field of vision covering the edge of said sheet or plate, as will be seen by following, which allows in particular to obtain a better determination of the shape of the edges of the profile.
- Figure 1 is a partial schematic view of an edge profile, illustrating the irregularities likely to affect this edge
- Figure 2 is an overview of the measuring installation, showing a sheet moving on a table roller equipped with laser sources and cameras used to measure the shape and position of the edges,
- FIG. 3 represents an exemplary embodiment of the measuring device according to the invention
- FIG. 4 is a diagram illustrating the measurement of the position of the image of the light point on the bar of each camera.
- FIG. 5 illustrates the synchronous acquisition processing of signals from the two cameras.
- FIG. 2 shows a steel sheet 1, during or at the end of rolling, for example at the exit from a hot leveler, moving in the direction of the arrow FI on a roller table 10, known as oneself.
- the thickness of the sheet is for example of the order of 8 to 400 mm, for a width of the order of 1 to 4 m, these dimensions however not being in any way limiting.
- the roller table is equipped with a sheet metal measuring installation comprising in particular means for measuring the shape and the position of the edges, which will be described below, and which may also include other measuring means, not shown, to measure for example the length of the sheet, or other parameters, for example its temperature.
- the installation shown is particularly intended to determine the shape of the edges, and the width of the sheet, this width being deduced from the positions of each of the two edges measured simultaneously during the running of the sheet.
- the installation comprises two measuring assemblies 11, 12, in accordance with the invention, located respectively on each side of the roller table, on rigid blocks placed outside the roller table. Two other similar sets 13, 14, offset longitudinally, can be used to improve the accuracy of the measurement and allow a reading of the overall geometry of the sheet 1 1
- Each measurement set includes:
- an emitter module 20 intended to generate a horizontal light ray 21, perpendicular to the longitudinal direction of the table 10, and to have this ray carry out a vertical scan over a height h covering the entire thickness of the sheet 1 , two linear cameras 32a and 32b disposed respectively above and below the transmitter module, in the same vertical plane, substantially symmetrically with respect to the horizontal mean plane of the sheet. The bars of the two cameras are also oriented along this vertical plane. These cameras are intended to observe the light point 26 formed by the ray 21 on the bank 15 of the sheet, and to determine its position in the transverse direction, with respect to a predefined fixed reference frame,
- control and calculation module 40 connected to the transmitter module and to the cameras to ensure their synchronization and provide the result of the measurement, for example in the form of the bank profile and the position of this bank, as will be described thereafter.
- the transmitter module 20 includes a laser source 22, for example a 20 mW laser, and a scanner system formed by a rotating mirror 23 placed at the focal point of a parabolic mirror 24.
- the rotating mirror 23 is a polygonal prism, each side of which is a mirror and which is rotated by a motor, not shown, provided with an incremental encoder.
- the ray 21a from the laser 22 is reflected 12
- the rotation of the mirror 23 causes a variation of the direction of the reflected ray 21b, and therefore of the altitude of the ray 21c reflected by the parabolic mirror 24.
- the rotation of the mirror 23 therefore causes a vertical scanning of the ray 21c, this ray always remaining substantially horizontal because the rotating mirror is located at the focal point of the parabola of the second mirror 24.
- the point of impact of the incident ray 21a on the facets of the rotating mirror 23 cannot be continuously exactly at the focal point of the parable.
- the vertical position of the ray 21c is directly linked to the angular position of the rotating mirror 24, measurable by the encoder equipping the motor 25.
- the particular advantage of scanning by a ray remaining horizontal is that the altitude of the light point formed by the radius 21c on the edge of the sheet is independent of the variations in distance between the edge of the sheet and the transmitter module, which would not be the case in the event of a variation in the inclination of the radius during scanning.
- the precision of the determination of the altitude of the light point is only useful for the working modes previously called upper triangulation and lower triangulation, but does not in itself matter for the operation in stereoscopy active.
- Each linear camera 32a, 32b comprises a strip of photosensitive elements which extends vertically, that is to say in the scanning plane of the laser beam 21.
- the optics of the linear camera can be modified so that the image of the luminous point formed on the shore is not only a point but a segment extending horizontally and intersecting the bar of the camera. With such an optic, an image of the point is created which is a sufficiently large segment in the horizontal direction to intersect the bar, even if there is a slight offset of the bar relative to the scanning plane.
- the bar has 2048 elements, constituting as many measurement pixels, each pixel having a dimension of the order of 13 microns.
- the encoder of the motor 25 sends to the module for calculating pulses corresponding to increments of the angular position of the rotating mirror 23, and therefore to the altitude of the point formed on the bank of the sheet by the radius 21c.
- Each pulse controls the simultaneous entry of the information provided by the two linear cameras, representative of the exact position of the sighting lines D ⁇ _ and D2, respectively of the two cameras, from which we can deduce by calculation the position of point 26, intersection of these straight lines.
- the position, in the direction x, of the light point 26 formed on the shore by the incident ray 21c is determined according to the principle of triangulation, from the position in height, according to the direction y, of the radius 21c and therefore of the point 26, and of the orientation (angle a) of the line of sight D2, determined from the position of the image of the point 26 on the bar of the camera 32b.
- the upper triangulation measurement is similar, using the camera 32a.
- the calculation module 40 can then reconstruct point by point the profile of the edge in the scanning plane.
- the scanning of the shore by the laser beam is carried out for example at a speed of the order of 20 m / s, and a measurement acquisition is ordered every 50 ⁇ s, or approximately one measurement every millimeter in the vertical direction.
- a complete profile can be obtained in 5 ms, which corresponds, if the sheet moves for example at 4 m / s, to a profile determines all the 20 mm.
- Figures 4 and 5 illustrate a method for determining the position of the image of the light point on the bar of each camera.
- the encoder of the rotating mirror motor sends a pulse controlling an acquisition by each camera, every 50 ⁇ s according to the example above.
- Each pulse actually triggers a camera clock signal, so as to scan 15
- the line 81 represents the level of illumination along the strip, having a peak 82 corresponding to the image of the light point formed on the bank of the sheet.
- the clock signal 83 is shown, each of which corresponds to a pixel of the bar, making it possible to determine the position of the peak by the address n of the pixel for which the signal is maximum.
- the peak of illumination is not punctual, as we see figure 8, and touches several pixels, with a classically Gaussian distribution, and to determine its position, we use a video acquisition card 91 which generates the signal clock 92 for controlling the cameras, and determines the position of the maximum of the peak 82 by processing the 8-bit signals representative of the level of illumination of each pixel of the two cameras.
- the two cameras are controlled by the same clock signal, which makes it possible to ensure the synchronization of the acquisitions made respectively by the two cameras, thus guaranteeing that the signals coming from the two cameras are representative of exactly the same point.
- the invention is not limited to the embodiments and to the particular application which have been described above solely by way of example.
- it can also be used to carry out dimensional measurements other than on the edges of the sheet, for example flatness measurements, using a device similar to that of FIG. 3, but then placed in position above the sheet 1 and no longer on the side as shown in Figure 2.
- the method according to the invention can also be 16
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Abstract
Pour effectuer une mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit (1) en déplacement selon une direction (F1), on effectue un balayage de la surface (15) au moyen d'un faisceau lumineux incident (21c) dirigé sensiblement perpendiculairement à ladite surface, on observe le point (26) formé sur la surface, selon une direction oblique par rapport à la direction du faisceau lumineux, au moyen d'au moins une caméra linéaire (32a, 32b) pourvue d'une barrette d'éléments photo-sensibles qui s'étend dans le plan de balayage, au cours du balayage, on détermine la position sur la barrette de l'image du point correspondant, on en déduit par triangulation la position dudit point et on reconstitue point par point la forme du profil de la surface et sa position dans le plan de balayage.
Description
Procédé et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit en défilement .
La présente invention concerne un procédé et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'une surface d'un produit en défilement. Elle s'adresse notamment à la mesure d'un profil de rive de produits métalliques plats, tels que, par exemple, des brames, plaques ou tôles en acier, mais peut aussi être utilisée pour des mesures de planéité de tôle, ou encore pour déterminer la forme et les dimensions de divers objets, placés par exemple sur une bande transporteuse, par reconstitution de leur volume à partir des sections successives déterminées grâce au procédé selon 1 ' invention.
Lors de la fabrication de tôles, il est particulièrement important de pouvoir mesurer, le plus précisément possible, les dimensions de la tôle au cours des différentes étapes de fabrication, en particulier après certaines étapes de laminage. Ces mesures permettent notamment d'évaluer les déformations de la tôle provoquées par le laminage, et de déterminer la position des coupes destinées à chuter les rives déformées de la tôle.
Un procédé connu de détermination de la position d'une rive de tôle, permettant d'en déduire la largeur de la tôle et le profil en long des rives, consiste à placer une source lumineuse d'un côté de la tôle, et à observer, par exemple au moyen d'une caméra, le bord de la tôle, ce bord étant défini par la limite entre la zone sombre, où le rayonnement lumineux est caché par la tôle, et la zone éclairée où le rayonnement passe à côté de la tôle. Il s'agit en fait dans ce procédé, d'une simple détermination de la position de la limite de l'ombre portée de la rive de la tôle.
Un premier problème résulte de l'erreur de parallaxe qui peut survenir du fait d'un déplacement transversal non négligeable de la tôle, alors que la caméra reste fixe en position. Cette erreur est d'autant plus importante que la tôle est épaisse, comme on le comprendra aisément. L'erreur est encore amplifiée dans le cas où la rive est déformée, présentant un profil irrégulier selon l'épaisseur de la tôle, comme on l'a représenté, à titre d'exemple, sur la figure 1. Une solution déjà envisagée consisterait à assurer une visée perpendiculaire au plan de la tôle. Mais ceci nécessiterait, en fait, d'asservir la position de la caméra à la position du bord de la tôle, ou à placer la caméra suffisamment loin pour que 1 ' angle de visée ne s'éloigne que très peu de la perpendiculaire au plan de la tôle. De telles dispositions compliqueraient l'installation de mesures, et nuiraient nécessairement à la précision.
De plus, dans tous les cas de mesures utilisant une visée selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de la tôle, il est impossible de tenir compte des irrégularités du profil de rive, considéré selon l'épaisseur de la tôle. En effet, comme on le voit bien figure 1, on ne peut observer que la limite extrême de ce profil, autrement dit les bosses, telles que celles formées par les bavures ou replis des rives formés lors du laminage, alors que des creux importants peuvent exister dans le profil transversal de la rive. Ceci conduit généralement à chuter excessivement les rives, pour éviter tout risque d'irrégularités subsistantes après le chutage, et il y a donc des rebuts excessifs faute de pouvoir correctement déterminer la quantité de métal à chuter en rive.
Par ailleurs, un tel procédé serait bien évidemment inexploitable pour des mesures de planéité de surfaces.
On connaît aussi des procédés de détermination du
profil d'un produit long, tel que poutrelle ou rail, par la méthode appelée coupe optique, qui consiste a éclairer le produit par un faisceau plat transversal, et a observer, par une caméra matricielle, selon une direction de visée oblique et suffisamment décalée par rapport a la direction du faisceau, la forme et la position du trait forme sur le produit par le dit faisceau plat. Typiquement la resolution d'une telle caméra matricielle est de 500 X 500 pixels. Un tel procède est pratiquement inutilisable des lors que la position du profil, par rapport a la caméra de mesure, est susceptible de varier fortement.
En effet, pour éviter que de telles variations ne fassent sortir le trait observe hors du champ de la caméra, il est nécessaire d'utiliser un champ suffisamment large, ce qui conduit nécessairement, pour une dimension de matrice donnée, a réduire la précision sur la détermination de la forme et de la position du profil de rive. Un problème similaire se poserait pour des mesures de planéite sur des surfaces de grande largeur. Par ailleurs augmenter suffisamment le nombre de pixels d'une caméra matricielle n'est pratiquement pas possible, ou conduirait a un coût prohibitif.
La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes et vise a fournir un procède et un dispositif permettant de déterminer la forme et la position de la surface avec une grande précision, même lors de fortes variations de la dite position, ou de surfaces de grandes dimensions . Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procède de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit en déplacement selon une direction de déplacement, caractérise en ce que : - on effectue un balayage de la surface au moyen d'un faisceau lumineux incident dirige sensiblement
perpendiculairement a la dite surface et générant un point lumineux sur la dite surface, le faisceau étant déplace dans un plan orthogonal a la direction de déplacement, - on observe le dit point selon une direction oblique par rapport a la direction du faisceau lumineux, au moyen d'au moins une caméra linéaire située sensiblement dans le plan de balayage du faisceau et pourvue d'une barrette d'éléments photo-sensibles qui s'étend également dans le plan de balayage,
- au cours du balayage, et pour une pluralité de positions du faisceau, on mesure la position sur la barrette de l'image du point correspondant, la dite position étant représentative de l'orientation de la droite de visée passant par le dit point et par le foyer de l'optique de la caméra,
- on en déduit par triangulation la position du dit point pour chaque position du faisceau, et, a partir des positions ainsi déterminées des différents points observes, on reconstitue point par point la forme du profil de la surface et sa position dans le plan de balayage .
Alors que le procède appelé coupe optique détermine le profil par analyse de 1 ' image complète du trait de coupe formée sur la caméra matricielle, le procède selon l'invention détermine ce profil point par point. Chaque point de ce profil est défini dans l'espace par son appartenance au plan de balayage du faisceau et, dans ce plan, par l'intersection de deux droites formées par les rayons lumineux. Avec l'ensemble des différents points, on peut reconstituer le profil, et, pour certaines applications, et en prenant en compte le déplacement de l'objet observe pendant la détermination de profils successifs, on peut reconstituer son volume a partir des différents profils.
Selon un premier mode de réalisation, on détermine
la position du point comme étant 1 ' intersection du rayon incident et de la droite de visée de la caméra, ou de l'une des deux caméras. Ce mode de réalisation permet de déterminer la position du point par triangulation, en utilisant seulement comme paramètres de base la position du rayon incident et la position de la droite de visée d'une caméra.
En connaissant donc la position du rayon incident, a partir des moyens assurant le mouvement de balayage du faisceau, et la position de l'image du point sur la barrette d'une caméra, il est donc possible en théorie de définir précisément la position du point dans le plan de balayage, par une abscisse définie par la position du faisceau et par une ordonnée déterminée a partir de la position de l'image du point sur la barrette de la caméra linéaire. Ces deux positions peuvent être déterminées par diverses méthodes. On peut par exemple commander la saisie du signal représentatif de la position de l'image du point sur la barrette de la caméra par un signal représentatif de la position du faisceau. On fait alors effectuer au faisceau, typiquement un rayon laser, un balayage par incrément, et on valide la mesure de position effectuée par la caméra linéaire a chaque incrément du balayage. On peut aussi définir une fréquence de mesure et saisir périodiquement simultanément les signaux représentatifs de la position du faisceau et de celle de 1 ' image du point formée sur la barrette de la caméra.
Préférentiellement , le mode de réalisation qui vient d'être mentionné n'est toutefois utilise qu'en complément à un mode de réalisation principal selon lequel on observe le point formé par le faisceau au moyen de deux caméras, et on détermine la position du d t point comme étant l'intersection des droites de visée de chaque caméra. Dans ce mode que l'on désignera par la suite par l'expression "stéréoscopie active", tout point génère par
le faisceau incident sur la surface du produit est vu simultanément par les deux caméras. La position de ce point est définie par 1 ' intersection des deux droites passant par le point en question et par les foyers respectifs des systèmes optiques des deux caméras, l'inclinaison de ces deux droites étant déterminée a partir de la position mesurée de l'image du point sur les barrettes linéaires de chaque caméra.
Il s'ensuit que la position de chaque point vu simultanément par les deux caméras peut être déterminée sans qu'il soit nécessaire de connaître la position du faisceau incident. Ceci est particulièrement avantageux pour la précision de la mesure car les caméras sont immobiles lors des mesures, alors que, pour effectuer le balayage du faisceau incident, il y a nécessairement des éléments mobiles, tels que la source laser elle-même ou des appareils optiques de renvoi du faisceau laser, et que la mobilité de ces éléments nuit forcement a la précision de la détermination de leur position. La mesure en stéréoscopie active permet donc d'éviter ces inconvénients .
Il est toutefois possible que, par suite de reliefs très prononcés de la surface, un point génère par le faisceau incident dans un creux soit vu par une caméra mais ne soit pas vu par la deuxième. Dans un tel cas, il reste cependant possible de déterminer la position de ce point par triangulation à partir de la position de 1 ' image de ce point sur la caméra qui le voit et de la position du rayon incident. Ceci peut être fait avec n'importe laquelle des deux caméras. Dans le cas de l'application de l'invention à la détermination du profil latéral d'un objet, le rayon incident a une direction générale horizontale, et les caméras sont situes respectivement au dessus et au dessous de la source lumineuse. On parlera alors de mesures en triangulation supérieure ou triangulation inférieure, qui pourront
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suppléer à la mesure en stéréoscopie active dans le cas ou le point généré ne serait pas vu par l'une des caméras. Par ailleurs, dans les situations ou un point est vu par les deux caméras, sa position peut en fait être déterminée simultanément en stéréoscopie active et dans les modes de triangulation supérieure et inférieure.
Un avantage important de l'invention est que l'on peut alors se servir de ces trois modes différents de détermination d'un même point pour étalonner périodiquement ou en continu en cours de mesure les moyens de mesure et notamment les moyens permettant de déterminer la position du rayon incident. Ceci permet en particulier de corriger en temps réel toute dérive du dispositif de balayage. Le procède selon l'invention permet de déterminer avec une grande précision la position de chaque point généré par le faisceau, grâce à la meilleure résolution de la caméra linéaire, par exemple de 2048 pixels. On peut par exemple obtenir, en ajoutant a la mesure un traitement sub-pixels, une précision de mesure de l'ordre de 0,2 mm sur un champ de 2 m.
Le balayage effectué par le faisceau peut être simplement effectue par une rotation ou une oscillation autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale du produit. Dans un tel cas, la relation entre l'abscisse réelle du point formé par le faisceau et la position angulaire du dit faisceau dépend de la distance entre la source et la surface observée. Ceci peut être gênant pour la précision de la mesure si des variations importantes de cette distance peuvent survenir au cours d'une mesure.
Bien qu'il soit possible de tenir compte de telles variations pour corriger les mesures, preferentiellement le faisceau est déplacé parallèlement a lui même lors du balayage, de sorte que le faisceau reste toujours orthogonal à la surface latérale observée, et que la position du point sur la surface observée, dans la
direction du balayage, est indépendante de la distance entre la source et la dite surface. Pour réaliser un tel balayage parallèle, on pourra par exemple utiliser un scanner formé par une source laser dont le rayon est dirigé sur un miroir oscillant ou rotatif placé au foyer d'un miroir parabolique, selon un principe connu en soi.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit en déplacement selon une direction de déplacement, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une source d'un rayon lumineux agencée pour créer un point lumineux sur la dite surface latérale, des moyens de balayage pour déplacer le rayon dans un plan orthogonal à la dite direction de déplacement et balayer la dite surface, au moins une caméra linéaire disposée sensiblement dans le plan de balayage et qui comporte une barrette d'éléments photo-sensibles s ' étendant également dans ce plan,
- des moyens de calcul pour déterminer au cours du balayage la position de 1 ' image du dit point sur la barrette, et en déduire par triangulation la forme du profil de la surface et/ou sa position transversale. Préférentiellement , le dispositif comporte deux caméras linéaires, et des moyens de calcul pour :
- déterminer au cours du balayage la position de l'image du dit point sur la barrette, et en déduire par triangulation la position du dit point, la position du dit point étant déterminée, pour chaque position du faisceau, comme étant soit l'intersection des droites de visée de chaque caméra lorsque le point est vu simultanément par les deux caméras, soit l'intersection du rayon incident et de la droite de visée de l'une au moins des caméras, et pour reconstituer point par point, a partir des
positions ainsi déterminées des différents points observes, la forme du profil de la surface et/ou sa position transversale dans le plan de balayage.
Cette disposition est nécessaire pour faire des mesures en stéréoscopie active. De plus, lorsqu'on utilise ainsi deux caméras, par exemple pour la mesure du profil de rive d'une tôle ou plaque épaisse, chaque caméra a un champ de vision couvrant le bord de la dite tôle ou plaque, comme on le verra par la suite, ce qui permet notamment d'obtenir une meilleure détermination de la forme des bords du profil.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite, a titre d'exemple non limitatif, d'une installation de mesure des dimensions d'une tôle en acier, cette installation comportant un dispositif, conforme a l'invention, de mesure du profil et de la position des rives de la tôle, permettant notamment d'en déduire en continu la largeur de la dite tôle. On se reportera aux dessins annexes dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle d'un profil de rive, illustrant les irrégularités susceptibles d'affecter cette rive, la figure 2 est une vue d'ensemble de l'installation de mesure, montrant une tôle en déplacement sur une table a rouleaux équipée des sources laser et des caméras utilises pour la mesure de la forme et de la position des rives,
- la figure 3 représente un exemple de réalisation du dispositif de mesure conforme a l'invention,
- la figure 4 est un schéma illustrant la mesure de la position de l'image du point lumineux sur la barrette de chaque caméra, et
- la figure 5 illustre le traitement d'acquisition synchrone des signaux provenant des deux caméras.
Sur le dessin de la figure 1 on a représente a
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titre d'exemple, en coupe transversale, la rive d'une tôle 1aminée épaisse 1, pour illustrer les irrégularités de profil que peuvent présenter les rives en cours de laminage. On y a également représente schematiquement une méthode connue de mesure de la position de la rive, par une caméra 2 détectant la limite de l'ombre portée de la rive éclairée par le côte oppose par une source lumineuse telle qu'un tube néon 3. La figure 1 fait clairement ressortir les inconvénients de cette méthode, dé à mentionnes dans la partie mtroductive de ce mémoire.
Le dessin de la figure 2 montre une tôle en acier 1, au cours ou en fin de laminage, par exemple en sortie d'une planeuse a chaud, en déplacement selon la direction de la flèche FI sur une table a rouleaux 10, connue en soi. L'épaisseur de la tôle est par exemple de l'ordre de 8 a 400 mm, pour une largeur de l'ordre de 1 a 4 m, ces dimensions n'étant toutefois nullement limitatives.
La table a rouleaux est équipée d'une installation de mesure de la tôle comportant notamment des moyens de mesure de la forme et de la position des rives, qui vont être décrits par la suite, et pouvant aussi comporter d'autres moyens de mesure, non représentes, pour mesurer par exemple la longueur de la tôle, ou d'autres paramètres, par exemple sa température. L'installation représentée est particulièrement destinée a déterminer la forme des rives, et la largeur de la tôle, cette largeur se déduisant des positions de chacune des deux rives mesurées simultanément lors du défilement de la tôle. A cet effet, l'installation comporte deux ensembles de mesure 11, 12, conformes a l'invention, situes respectivement de chaque côte de la table a rouleaux, sur des massifs rigides disposes a l'extérieur de la table a rouleaux. Deux autres ensembles similaires 13, 14, décales longitudinalement , peuvent être utilises pour améliorer la précision de la mesure et permettre un relevé de la géométrie d'ensemble de la tôle
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(par exemple, détermination du sabre de la tôle) , même si la tôle subit une dérive transversale importante sur la table lors de son déplacement.
On va maintenant décrire plus en détail, en relation avec la figure 3, les éléments constitutifs d'un ensemble de mesure, et son utilisation, conformément au mode de réalisation préférentiel de l'invention.
Chaque ensemble de mesure comporte :
- un module émetteur 20, destiné à générer un rayon lumineux 21 horizontal, perpendiculaire à la direction longitudinale de la table 10, et à faire effectuer par ce rayon un balayage vertical sur une hauteur h couvrant la totalité de l'épaisseur de la tôle 1, deux caméras linéaires 32a et 32b disposées respectivement au dessus et en dessous du module émetteur, dans le même plan vertical, sensiblement symétriquement par rapport au plan moyen horizontal de la tôle. Les barrettes des deux caméras sont aussi orientées selon ce plan vertical. Ces caméras sont destinées à observer le point lumineux 26 formé par le rayon 21 sur la rive 15 de la tôle, et à déterminer sa position dans la direction transversale, par rapport à un référentiel fixe prédéfini,
- et un module de pilotage et de calcul 40, relié aux module émetteur et aux caméras pour assurer leur synchronisation et fournir le résultat de la mesure, sous forme par exemple du profil de rive et de la position de cette rive, comme cela sera décrit par la suite.
Le module émetteur 20 comporte une source laser 22, par exemple un laser de 20 mW, et un système de scanner formé par un miroir tournant 23 placé au foyer d'un miroir parabolique 24. Dans l'exemple représenté figure 3, le miroir tournant 23 est un prisme polygonal dont chaque face est un miroir et qui est entraîné en rotation par un moteur, non représenté, pourvu d'un codeur incrémenteur . Le rayon 21a issu du laser 22 est réfléchi
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par les facettes du miroir 23 sur le miroir parabolique 24, et de là vers la tôle 1, selon une direction horizontale. La rotation du miroir 23 provoque une variation de la direction du rayon réfléchi 21b, et donc de l'altitude du rayon 21c réfléchi par le miroir parabolique 24. La rotation du miroir 23 provoque donc un balayage vertical du rayon 21c, ce rayon restant toujours sensiblement horizontal du fait que le miroir tournant est situé au foyer de la parabole du second miroir 24. Dans un tel montage, le point d'impact du rayon incident 21a sur les facettes du miroir tournant 23 ne peut pas être continûment exactement au foyer de la parabole. Toutefois ceci ne provoque qu'une erreur négligeable sur l'horizontalité du rayon réfléchi 21c, erreur qui peut d'ailleurs être compensée par les moyens de calcul ou par une correction prédéterminée de la courbure du miroir 24.
La position verticale du rayon 21c est liée directement à la position angulaire du miroir tournant 24, mesurable par le codeur équipant le moteur 25. L'intérêt particulier d'un balayage par un rayon restant horizontal est que l'altitude du point lumineux formé par le rayon 21c sur la rive de la tôle est indépendante des variations de distance entre la rive de la tôle et le module émetteur, ce qui ne serait pas le cas en cas de variation de l'inclinaison du rayon lors du balayage. On pourrait toutefois aussi utiliser un balayage par un tel rayon pivotant, généré par exemple par un simple miroir oscillant autour d'un axe horizontal au lieu du scanner décrit précédemment, moyennant de prévoir les corrections nécessaires en fonction des variations de position transversale de la rive. On notera d'ailleurs que la précision de la détermination de l'altitude du point lumineux n'a d'utilité que pour les modes de travail appelés précédemment triangulation supérieure et triangulation inférieure, mais n'a pas en soi d'importance pour le fonctionnement en stéréoscopie
active .
Chaque caméra linéaire 32a, 32b, comporte une barrette d'éléments photosensibles qui s'étend verticalement, c'est à dire dans le plan de balayage du rayon laser 21. On pourra modifier l'optique de la caméra linéaire de manière que l'image du point lumineux formé sur la rive ne soit pas seulement un point mais un segment s ' étendant horizontalement et intersectant la barrette de la caméra. Avec une telle optique, on crée une image du point qui est un segment suffisamment étendu dans la direction horizontale pour intersecter la barrette, même si il se produit un léger décalage de la barrette par rapport au plan de balayage. Typiquement la barrette comporte 2048 éléments, constituants autant de pixels de mesure, chaque pixel ayant une dimension de l'ordre de 13 microns.
Selon un mode préféré de réalisation, pour effectuer la mesure, le codeur du moteur 25 envoie au module de calcul des impulsions correspondant à des incréments de la position angulaire du miroir tournant 23, et donc à l'altitude du point formé sur la rive de la tôle par le rayon 21c. Chaque impulsion commande la saisie simultanée des informations fournies par les deux caméras linéaires, représentatives de la position exacte des droites de visée Dι_ et D2 , respectivement des deux caméras, d'où on peut en déduire par calcul la position du point 26, intersection de ces droites.
On pourrait aussi, dans le cas d'un fonctionnement utilisant uniquement la stéréoscopie active, commander les saisies de chaque caméra indépendamment des déplacements du faisceau incident, l'altitude de chaque point mesuré étant aléatoire au moment de la saisie, mais permettant cependant de reproduire un profil complet grâce à la répartition de ces points. Toutefois, une synchronisation entre position du faisceau et saisie permet d'assurer une meilleure régularité de la
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répartition sur tout le profil des points dont la position est mesurée. De plus, comme on l'aura dé à compris, une telle synchronisation est nécessaire des lors que l'on souhaite travailler simultanément en stéréoscopie active et en triangulation supérieure ou inférieure .
Dans le mode de travail appelé en triangulation inférieure, la position, selon la direction x, du point lumineux 26 forme sur la rive par le rayon incident 21c est déterminée selon le principe de la triangulation, a partir de la position en hauteur, selon la direction y, du rayon 21c et donc du point 26, et de l'orientation (angle a) de la droite de visée D2 , déterminée a partir de la position de l'image du point 26 sur la barrette de la caméra 32b. La mesure en triangulation supérieure est similaire, en utilisant la caméra 32a.
A partir de la position calculée de chaque point, le module de calcul 40 peut alors reconstituer point par point le profil de la rive dans le plan de balayage. Le balayage de la rive par le rayon laser est effectue par exemple a une vitesse de l'ordre de 20 m/s, et une acquisition de mesure est commandée toutes les 50 μs, soit environ une mesure tous les millimètres selon la direction verticale. A simple titre d'illustration, pour une tôle de 100 mm d'épaisseur, un profil complet peut être obtenu en 5 ms, ce qui correspond, si la tôle se déplace par exemple a 4 m/s, a un profil détermine tous les 20 mm.
Les figures 4 et 5 illustrent une méthode de détermination de la position de l'image du point lumineux sur la barrette de chaque caméra. Comme indique précédemment, le codeur du moteur du miroir tournant envoie une impulsion commandant une acquisition par chaque caméra, toutes les 50μs selon l'exemple ci-dessus. Chaque impulsion déclenche en fait un signal d'horloge de pilotage de la caméra, de manière a scruter
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successivement les 2048 éléments de la barrette et fournir pour chaque élément un signal numérisé de 8 bits représentatif du niveau d' éclairement . Sur le schéma de principe de la figure 8, le tracé 81 représente le niveau d ' éclairement le long de la barrette, présentant un pic 82 correspondant à l'image du point lumineux formé sur la rive de la tôle. En correspondance avec ce tracé, on a représenté le signal d'horloge 83 dont chaque puise correspond à un pixel de la barrette, permettant de déterminer la position du pic par l'adresse n du pixel pour lequel le signal est maximal.
Pratiquement, le pic d ' éclairement n'est pas ponctuel, comme on le voit figure 8, et touche plusieurs pixels, avec une répartition classiquement gaussienne, et pour déterminer sa position, on utilise une carte d'acquisition vidéo 91 qui génère le signal d'horloge 92 de pilotage des caméras, et détermine la position du maximum du pic 82 par traitement des signaux 8 bits représentatifs du niveau d' éclairement de chaque pixel des deux caméras.
Préférentiellement , les deux caméras sont pilotées par le même signal d'horloge, ce qui permet d'assurer la synchronisation des acquisitions faites respectivement par les deux caméras, garantissant ainsi que les signaux provenant des deux caméras soit représentatifs exactement du même point.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et à l'application particulière qui ont été décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple. En particulier, elle peut aussi être utilisée pour effectuer des mesures dimensionnelles autre que sur les rives de la tôle, par exemple des mesures de planéité, en utilisant un dispositif similaire à celui de la figure 3, mais placé alors en position au dessus de la tôle 1 et non plus sur le côté comme représenté figure 2.
Le procédé selon l'invention peut aussi être
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utilisé pour effectuer des mesures dimensionnelles sur d'autres produits que des tôles, par exemple des pièces diverses défilant devant le dispositif.
Claims
1. Procédé de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit (1) en déplacement selon une direction de déplacement (FI), caractérisé en ce que : - on effectue un balayage de la surface (15) au moyen d'un faisceau lumineux incident (21c) dirigé sensiblement perpendiculairement à la dite surface et générant un point lumineux (26) sur la dite surface, le faisceau étant déplacé dans un plan orthogonal à la direction de déplacement,
- on observe le dit point (26) selon une direction oblique par rapport à la direction du faisceau lumineux, au moyen de deux caméras linéaire (32a, 32b) situées sensiblement dans le plan de balayage du faisceau et pourvues chacune d'une barrette d'éléments photosensibles qui s'étend également dans le plan de balayage,
- au cours du balayage, et pour une pluralité de positions du faisceau, on mesure pour chaque caméra la position sur la barrette de l'image du point correspondant, la dite position étant représentative de l'orientation de la droite de visée passant par le dit point et par le foyer de l'optique de la caméra,
- on en déduit par triangulation la position du dit point pour chaque position du faisceau, en déterminant la position du dit point comme étant soit l'intersection des droites de visée de chaque caméra lorsque le point est vu simultanément par les deux caméras, soit l'intersection du rayon incident et de la droite de visée de l'une au moins des caméras, et - à partir des positions ainsi déterminées des différents points observés, on reconstitue point par point la forme du profil de la surface et sa position dans le plan de balayage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en
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ce que on étalonne, périodiquement ou en continu au cours de la mesure, les moyens permettant de déterminer la position du faisceau incident, en fonction de la position du point déterminée par 1 ' intersection des droites de visée de chaque caméra.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau (21c) est déplacé parallèlement à lui même lors du balayage.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déplacement du faisceau est généré en dirigeant le faisceau (21a) sur un miroir tournant (23) situé au foyer d'un miroir parabolique (24) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, en vue de la mesure des dimensions d'une tôle (1) en défilement, on détermine la position des rives latérales de la tôle et on en déduit sa largeur.
6. Dispositif de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface (15) d'un produit (1) en déplacement selon une direction (FI), caractérisé en ce qu'il comprend :
- une source (22) d'un rayon lumineux agencé pour créer un point lumineux (26) sur la dite surface,
- des moyens de balayage (23,24) pour déplacer le rayon dans un plan orthogonal à la direction de déplacement du produit et balayer la dite surface, deux caméras linéaires (32a, 32b) disposées sensiblement dans le plan de balayage et comportant chacune une barrette d'éléments photo-sensibles qui s'étend également dans ce plan,
- des moyens de calcul (40) pour :
- déterminer au cours du balayage la position de l'image du dit point sur la barrette, et en déduire par triangulation la position du dit point, la position du dit point étant déterminée, pour chaque position du faisceau, comme étant soit l'intersection des droites de
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visée de chaque caméra lorsque le point est vu simultanément par les deux caméras, soit l'intersection du rayon incident et de la droite de visée de l'une au moins des caméras, - et pour reconstituer point par point, à partir des positions ainsi déterminées des différents points observés, la forme du profil de la surface et/ou sa position transversale dans le plan de balayage.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux caméras sont situées, dans le plan de balayage, de part et d'autre de la direction du rayon lumineux incident.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source est une source de rayon laser (22) .
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de balayage comportent un miroir tournant (23) disposé au foyer d'un miroir parabolique
(24), de manière que la rotation du miroir tournant provoque une translation du rayon (21c) réfléchi par le miroir parabolique, parallèlement à lui-même.
10. Installation de mesure des dimensions d'une tôle en défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs dispositifs selon l'une des revendications 6 à 9, placés de part et d'autre de la trajectoire de la tôle.
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|---|---|---|---|
| FR98/01651 | 1998-02-06 | ||
| FR9801651A FR2774757B1 (fr) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | Procede et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit en defilement |
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|---|---|
| WO1999040390A1 true WO1999040390A1 (fr) | 1999-08-12 |
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|---|---|---|---|
| PCT/FR1999/000224 WO1999040390A1 (fr) | 1998-02-06 | 1999-02-03 | Procede et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface d'un produit en defilement |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| FR2774757A1 (fr) | 1999-08-13 |
| FR2774757B1 (fr) | 2001-03-16 |
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