WO2006134259A1 - Procede et installation pour la detection de defauts de surface et de structure d’un produit long en defilement - Google Patents

Procede et installation pour la detection de defauts de surface et de structure d’un produit long en defilement Download PDF

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WO2006134259A1
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digitized
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PCT/FR2006/001322
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Pierre-Jean Janin
Mathieu Peyssard
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Siemens Vai Metals Technologies Sas.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/952—Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws

Definitions

  • the present invention relates generally to techniques for detecting possible defects of a product being conveyed in a rolling mill.
  • the invention relates, according to a first aspect, to a fault detection method comprising at least one lighting operation consisting in illuminating the product while traveling by a light source, an acquisition operation consisting of forming by scanning a first image of the scrolling product, observed in a first spectral band of light, a pretreatment operation consisting at least of producing, from the first image of an observation zone of the product, a first digitized distribution of brightness of this area, a detection operation and extraction of suspicious domains of exploiting the first digitized distribution of brightness of the product observation area to detect the presence and location of possible defects in this area, and a classification operation at least of classifying the suspect domains into one or more categories of defects or non-defects by comparing the morphological and / or photometric characteristics of these suspect domains with morphological and / or photometric characteristics of known defects and known non-defects preserved in a pre-established database.
  • the digitized brightness distribution is made up of multi-bit coded pixels and is in fact a normalized gray-scale image corresponding to the brightness distribution of the image resulting from the acquisition, after correction of the known distortions inherent in the image. lighting and shooting.
  • the long products are generally obtained from billets made in continuous casting and then hot rolled in a succession of rolling mill stands arranged horizontally and vertically, these directions defining, for each cage, the orientation of the axis of rotation of its working cylinders.
  • the rolling is carried out at elevated temperature, generally around 1000 ° C. in the case of steel, the invention not being however limited to steel and also applicable to other metals, in particular to non-ferrous metals such as copper, or even to other materials.
  • the practice of rolling steel makes it possible to reduce the size of the product in two perpendicular directions while lengthening it along the axis of the third direction.
  • This method makes it possible to obtain particular mechanical properties with a certain axial symmetry.
  • Depending on the geometric shape of the section to be obtained there is a more or less large number of cages and one can achieve particular section shapes using cylinders with grooves.
  • the succession of shapes of the section of the product during elongation, which is called "calibration” has a particularly important role in obtaining the mechanical characteristics of the product in all directions of this section. It is thus possible to obtain bar-shaped products, which may be round or oval, or square, rectangular, hexagonal or octagonal. But we can achieve more complex and non-symmetrical section shapes such as angles, beams I or H or even the rails.
  • a technique for detecting internal defects of a product is already known, based on the analysis of the propagation of ultrasonic waves inside this product.
  • This technique known as Lamb waves, gives satisfactory results for the detection of inclusions, but requires that the emitter-sensor assembly is in contact with the product to be inspected via a layer of liquid oil. - water to ensure good transmission of ultrasonic waves.
  • this constraint obviously makes the technique in question inapplicable to the case where the product to be inspected is constituted by a mass of steel at high temperature.
  • the main purpose of the present invention is therefore to enable the detection of any defects present under the surface of a product being conveyed in a rolling installation, but ideally also to allow the detection of surface defects of this product. product, especially in the case of a long product.
  • the method of the invention which is moreover in conformity with the generic definition given in the preamble above and which is intended to be applied to a product being run in a hot rolling plant. and spontaneously emitting light radiation in a spontaneous emission spectrum including the infrared, is essentially characterized in that the lighting operation is carried out by illuminating the scrolling product by a visible light source emitting at least outside the spontaneous emission spectrum, in that the acquisition operation consists of forming at least three images of the same observation zone of this product in three respective disjoint spectral bands, the first of which is located at least in the infrared, the second at least in the red, and the third at least in part of the visible spectrum external to the spontaneous emission spectrum, in that the pre-operation processing is at least carried out on these three images to provide three digitized multi-bit brightness distributions, in that the operation of detecting and extracting suspect domains is at least implemented on the three digitized distributions of brightness, and in that the classification operation consists of classifying at least the suspect domains
  • the method of the invention consists in analyzing the images formed from the lights emitted in the infrared range by the product itself and in particular the internal part of its section, as well as images constituted by lights emitted by the surface, resulting either from the own emission of the product in the infrared range and in the visible range, or from the reflection by the product of the light provided by additional lighting.
  • a large temperature gradient is formed between the center of the product section and the surface, so a wavelength gradient of light, from which reaches only the part contained in the infrared domain.
  • the surface of the product emits light in the infrared range and in the visible range, in particular in the red.
  • the images are made by means of respective sensors that are at least infrared-sensitive and produce respective raw images, that the first image is made in the infrared and directly obtained by capturing the image.
  • first raw image behind an optical filter opaque to the radiation of wavelengths lower than the infrared, and that the second and third images are respectively obtained from the second and third raw images by subtraction of the first raw image.
  • the lighting operation can be to illuminate the product with a green light source, the third image then being made in the green.
  • the pretreatment operation advantageously includes the production of a fourth digitized luminosity distribution obtained by linear combination of the three original digitized distributions, this fourth distribution being used, in the detection and extraction operation and in the classification operation, as well as the three original digitized distributions.
  • the method of the invention is particularly advantageous in the case where the product being run in the hot rolling mill is a long product, that is to say of a product whose cross section is part of typically in a polygon, a circle or an ellipse, and in any case has major dimensions of the same order of magnitude between them and much smaller than the length of the product, oriented in the direction of the scroll of this product.
  • the observation zone common to the three images extends over the entire periphery of the product and over at least part of its length, and each of the three images can be formed by joining together to at least two elementary images formed, in the same spectral band of light, on the same part of the length of the product and on disjoint and complementary portions of the periphery of this product.
  • the invention also relates to an installation for implementing a method as previously described, this installation being characterized in that it comprises at least one CCD digital camera provided with three linear detection strips arranged transversely to the direction scrolling of the product and sensitive to different colors of the spectrum of visible light.
  • the lighting operation will be implemented by means of an auxiliary lighting device whose wavelength is advantageously chosen in a range away from red and infrared.
  • these additional lighting means may consist of light-emitting diodes (LEDs).
  • LEDs light-emitting diodes
  • the acquisition of the images is carried out continuously, the product being seen at a plurality of different angles with respect to the same reference direction, said angles covering a sector of 360 degrees, so as to constitute a continuous image of the entire periphery of the product on a particular section of its length or all of it.
  • the acquisitions of all the images detected under the different angles are synchronized with each other so as to be able to elaborate, at a given instant, a single image all around the scrolling product at the same place of its length.
  • the acquisition of the images is also synchronized with the scrolling of the product being rolled so as to be able to locate the detected defects with respect to the length of the product.
  • An apparatus for detecting the defects of a long scrolling product during hot rolling comprises, according to the invention, means for forming, acquiring and processing images. These means are arranged in the intervals between the vertical and horizontal stands of a hot rolling plant of a product whose cross section has a geometric shape flattened, for example circular, oval or polygonal, and regular or not.
  • the equipment for detecting defects of an installation according to the invention is installed in such a way that it can perform the acquisition of images of the product as it moves between the third and fourth stands of the rolling mill. hot.
  • the detection equipment and additional lighting equipment are protected, according to the invention, the atmosphere of the rolling train and possible incidents by means of protection and cooling means.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a portion of a hot rolling line for long products, equipped with a defect detection device according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically in side view the defect detection device according to the invention, installed in the rolling line;
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the defect detection device according to the invention for a rectangular product
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the defect detection device according to the invention for a hexagonal product
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of the defect detection device according to the invention for an octagonal product
  • FIG. 6 is a simplified schematic view of the acquisition chain of the images according to the invention.
  • FIG. 7 schematically represents the cameras of a defect detection device according to the invention and their protection; and
  • FIG. 8 is a schematic view of the processing applied by the computer illustrated in FIG. 6 to the data supplied to it.
  • a hot rolling line of long products consists of a succession of horizontal and vertical rolling mill stands.
  • the input of the rolling train consists of cages H1, V1, H2, H3 and V2.
  • the method according to the invention makes it possible to optically detect the defects present on the surface and under the surface of the rolled product, whatever the shape of the section of the product.
  • the light spontaneously emitted by the product is detected by a set of cameras arranged in boxes 3 distributed around the running product in the direction indicated by the arrow F.
  • this set of cameras 3 is installed between the third and fourth rolling stands which are shown in Figures 1 and 2 by horizontal cages H2 and H3.
  • the light radiation 2 spontaneously emitted by the product is in the visible spectrum and in the invisible spectrum, and spreads in all directions throughout the product.
  • This spontaneous radiation is combined with the light provided by additional lighting 4 and reflected by the surface of the product.
  • This additional lighting is arranged in boxes 4 installed around the product by surrounding the scroll axis thereof.
  • the light radiation 6 from this additional lighting housed in the cabinets 4 is chosen in the visible wavelength range.
  • This luminous radiation after reflection on the surface of the product, can be captured by the cameras placed in the boxes 3. In practice, it is therefore necessary to shift in the space the boxes 3 and the boxes 4 so that the incident light comes to illuminate the surface of the product at a certain angle and is generally reflected from another angle, that of the vision of the cameras.
  • FIG. 1 shows the boxes 33 and 34 containing cameras, these boxes being located in a horizontal plane passing through the axis of movement of the product and being oriented, in this plane, at the same angle with respect to the axis of scrolling, so as to aim at a given moment the same section of the product.
  • Figure 2 shows the boxes
  • each camera set 31, 32, 33, and 34 is associated a box containing the additional lighting 41, 42, 43 and 44.
  • FIGS. 1 and 2 thus have two boxes 41, 42 situated in the vertical plane passing through the axis of movement of the product, and two lighting boxes 43, 44 located in the horizontal plane passing through the scroll axis .
  • the illumination is oriented with respect to the scroll axis so that all the lighting boxes project the additional light onto the same section of the scrolling product, this section being the one aimed at the same instant by all the cameras contained in the boxes 31, 32, 33 and 34.
  • Such an arrangement comprising four lighting boxes and four camera boxes allows to control the defects of a product of rectangular section
  • a sectional view of this arrangement is shown in Figure 3.
  • a number of lighting devices 41, 42, ... and camera sets 31, 32, 33, ... so as to be able to acquire images of all the faces of the scrolling product section.
  • a product of octagonal section for example, we can use the same arrangement as for a rectangular section, as shown in Figure 5.
  • each face of the product is oriented at an angle of 22.5 ° relative to the axis of a lighting device or in relation to that of a camera box.
  • each of these devices will be able to treat two adjacent faces of the section of the product at an angle of incidence quite acceptable for the quality of the image to be formed, whether with regard to the angle of incidence of the additional light, or the viewing angle of the cameras.
  • Figure 4 shows an arrangement usable for a product whose cross section is hexagonal.
  • a plurality of cameras will be arranged all around the scrolling axis, according to a complete angular sector of 360.degree. view angles cover the entire circumference of a section of the product to be inspected.
  • the additional lighting means 41, 42, 43, ... are chosen to provide a light 6 contrasting with the wavelengths lying in the range of red and infrared, for example a yellow or blue light, but advantageously a green light.
  • These lighting means are preferably constituted in each box, a row of light emitting diodes (or "LED") aligned.
  • LED light emitting diodes
  • Each of the cameras is advantageously constituted by a color camera generally equipped with three linear detection CCD strips, arranged transversely to the running direction of the product. These bars are preceded by respective and different optical filters, each strip thus producing, for a given time interval, a basic raw image of a portion of the periphery of this product over a section of length corresponding to the distance traveled by this product during this time interval, this image being formed in a specific spectral band corresponding to the chosen filter.
  • the array of CCD 313 sensitive cells of the camera 31 (FIG. 7) is preceded by a color filter 311 allowing only infrared wavelengths to pass, the light coming from the product being concentrated on the strips of each camera. such as 31 by an optical device 312.
  • a second bar (not shown) of each camera such that
  • a color filter passing the red light from the product
  • a third bar (not shown) is preceded by a color filter leaving for example pass the green light from the product.
  • the first strip of the camera 31 thus provides, during a given period of time, a first raw elementary image 110 , the second strip of this camera 31 providing, during this time interval, a second raw elementary image 1 2 io > and the third bar of the same camera providing, during this same time interval, a third raw elementary image I 310 .
  • the first index assigned to the images I 110 , I 21 0, and I 310 which respectively takes the values 1, 2, and 3, reminds that these three raw elementary images are formed in three different respective spectral bands.
  • the second index assigned to the images I 110 , I 21 0. and I 3 - I0 which only takes the value 1, recalls that these three raw elementary images relate to the same first portion of the periphery of the product.
  • the third index assigned to the images I 110 , I 21 0, and I 310 which only takes the value 0, reminds that these three elementary images are those obtained before any treatment.
  • the different bars of the camera 32 will provide raw elementary images I 120 , I 220 , and I 320 , those of the camera 33 of the elementary images.
  • this strip remains sensitive to infrared radiation, so that elementary images corrected for this effect should be formed from the raw elementary images.
  • the elementary images I 21, I 22, I 2 3, and I 24 of the product in the red are obtained by subtracting the raw elementary images of the product in the respective red pixels of the product in the infrared, c ' that is to say by:
  • the elementary images I 31, I 32, I 33, I 34 and the product in the green are obtained by subtracting the raw elementary images of the product in the green pixels of the respective product in infrared, that is to say by:
  • the elementary images produced for each portion of the product contour are formed in disjoint spectral bands, so that each elemental image formed in the green contains only information resulting from the reflection of green light by the surface of the product.
  • the method of the invention can use, for each camera and for example as a camera 31, a CCD camera with standard red, green and blue channels, and placing in front of the blue channel bar a Optical filter opaque to the radiation of wavelengths lower than the infrared, the blue channel thus modified from the camera 31 providing the read signal.
  • a power supply and interface circuit 314 makes it possible for each camera to make the connection with the electronic image acquisition circuits 81, 82, 83,.
  • These circuits are installed in cabinets 31, 32, 33, ... to be installed in the hot rolling mill, in the immediate vicinity of the product.
  • the boxes 31, 32, 33, ... consist of a hardened metal casing 315, 325, 335, .... completely closed.
  • the elementary images acquired by the different cameras are synchronized with each other by the measurement chain whose architecture is represented very schematically in FIG. 6.
  • the acquisitions are controlled by a computer 9 which synchronizes all the electronic acquisition circuits 8 of the cameras. These acquisitions are made in real time and synchronized with the advance of the product 1 in rolling.
  • the computer 9 can thus reconstitute at each moment, on a display and operator control device 10, a complete image 11 of the periphery of a section of the product, seen at a given moment.
  • the elementary image acquired by each of the cameras for a certain time is juxtaposed with the image acquired by the neighboring camera, thus forming a complete and continuous image of the entire surface of the observed product 1.
  • the synchronization of the acquisition of the images with the advance of the product makes it possible to locate the image thus constituted according to the length of the product. It is thus possible to have a complete image of the periphery of this product in each of the three disjoint spectral bands over the same time interval, that is to say on a given section of product length, this image. complete being obtained by joining together the elementary images formed in this band.
  • the computer 9 also contains image processing algorithms enabling it to implement the method of the invention.
  • the computer 9 must correct the complete images I 1 , I 2 and I 3 of the periphery of the product, which are affected by various distortions resulting in particular from possible defects in the uniformity of the illumination, Vignetting the objective 312 ( Figure 7) or variations in sensitivity between the cells of the different CCD sensor strips, or between the bars themselves.
  • the method of the invention implemented in the computer 9 comprises a pretreatment operation PTTRM consisting of producing, from each of the images I n , I 2 and I 3 of the same observation area of the produced, a digitized distribution of corresponding brightness of this zone, respectively DLi R , DL R , and DL V -
  • R , DL R , and DL V consist of pixels coded on several bits and thus form, like the images I 1 , I 2 and I 3 , maps of gray levels of the periphery of the product, respectively in the infrared, in the red and in the green, the digitized distributions DL
  • the pretreatment operation PTTRM also includes the production of an additional digitized distribution, DL 4 , obtained by linear combination of the three original digitized distributions, DL
  • the method of the invention also comprises a DETEXTR operation for detecting and extracting suspicious domains.
  • This operation consists in exploiting each of the DL
  • This operation is carried out, in a manner known per se, by applying to each digitized distribution a treatment of the "edge detection" type (gradient, Prewitt, Sobel, etc.) or threshold-type grayscale type.
  • the resulting map identifies, in the observation area of the product, at most two regions that may be related or unrelated, namely a region normally a normal and a region to be analyzed.
  • complementary tests known per se are performed on this so-called “binary" map to determine, in the different distributions, the possible suspicious domains Z
  • the method of the invention comprises a classification CLASS operation consisting in classifying the suspect domains Z
  • Classification tools that can be used in the invention (Coulomb sphere, k nearest neighbors, neural networks, etc.) are already known and used, in the prior art, to classify suspected domains as surface defects of the product or in non-defects.
  • the classification is carried out by exploiting a previously constituted database on specifically analyzed cases of experience, and by comparing morphological and / or photometric characteristics of the suspect domains appearing in two digitized distributions with the morphological and / or photometric characteristics by which known defects or known and archived non-defects in the pre-established database have manifested themselves in two corresponding digitized distributions.
  • the invention extends the application of this technique and its classification tools to allow in particular the discrimination of surface defects and internal defects in the product.
  • the pre-established database is constructed so as to identify the various manifestations of various types of suspect domains finally assimilable to surface defects, internal defects and non-defects, these manifestations being constituted by the morphological characteristics. and / or photometric of these suspect domains and their distribution at least in the digitized distributions DL
  • the classification CLASS operation is then implemented by comparing the morphological and / or photometric characteristics of the suspect domains Z
  • the surface defects manifest their presence mainly in the DLv and DL 4 distributions , marginally in the DL R distribution but not in the DL

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Abstract

La présente invention concerne notamment un procédé de détection de défauts d'un produit en cours de défilement dans un laminoir, consistant notamment à éclairer (ECL) ce produit, à en acquérir (ACQ) une image (I3) dans au moins une bande spectrale, à prétraiter (PTTRM) l'image formée, à détecter et extraire (DTEXTR) les éventuels domaines suspects (ZV) de l'image prétraitée (DLV), et à classifier (CLASS) les domaines suspects en une ou plusieurs catégories de défauts ou de non-défauts. Selon l'invention, qui est appliquée aux produits laminés à chaud, le produit est observé dans trois bandes spectrales disjointes, incluant l'infrarouge, le rouge et par exemple le vert, de sorte que les domaines suspects (ZIR, ZR, ZV, Z4) peuvent être classifiés en une ou plusieurs catégories de non-défauts ou de défauts, incluant des défauts de surface et des défauts de structure.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LA DETECTION DE DEFAUTS DE SURFACE ET DE STRUCTURE D'UN PRODUIT LONG EN DEFILEMENT.
La présente invention concerne, de façon générale, les techniques permettant de détecter les éventuels défauts d'un produit en cours de défilement dans une installation de laminage.
Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un procédé de détection de défaut comprenant au moins une opération d'éclairage consistant à éclairer le produit en défilement par une source de lumière, une opération d'acquisition consistant à former par balayage une première image du produit en défilement, observé dans une première bande spectrale de lumière, une opération de prétraitement consistant au moins à produire, à partir de la première image d'une zone d'observation du produit, une première distribution numérisée de luminosité de cette zone, une opération de détection et d'extraction de domaines suspects consistant à exploiter la première distribution numérisée de luminosité de la zone d'observation du produit pour détecter la présence et la localisation d'éventuels défauts dans cette zone, et une opération de classification consistant au moins à classer les domaines suspects dans une ou plusieurs catégories de défauts ou de non-défauts par comparaison des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de ces domaines suspects avec des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de défauts connus et de non-défauts connus, conservés dans une base de données préétablie.
La distribution numérisée de luminosité est formée de pixels codés sur plusieurs bits et constitue en fait une image normalisée de niveaux de gris correspondant à la distribution de luminosité de l'image résultant de l'acquisition, après correction des distorsions connues, inhérentes à l'éclairage et à la prise de vue.
Un procédé de ce type est connu de l'homme du métier pour les produits sidérurgiques laminés à froid, ce procédé étant notamment décrit dans un article de M. Dominique Blanchard, intitulé "Système d'inspection automatique de surface : expérience et perspective au sein du Groupe Usinor", et paru en Juin 2002 dans la "Revue de la Métallurgie".
Ce procédé connu présente un grand intérêt pour l'inspection en temps réel des produits sidérurgiques laminés à froid et dits "plats", c'est-à-dire des produits présentant un rapport largeur / épaisseur très élevé, typiquement supérieur à 100 ou plus. En effet, compte tenu de la faible épaisseur de ces produits, les défauts qui sont susceptibles de les affecter se traduisent pratiquement toujours par des altérations de leur surface externe. La situation est très différente dans les produits connus en sidérurgie sous la dénomination de "produits longs", qui se caractérisent par une section de forme géométrique dont les deux dimensions principales ont une taille du même ordre de grandeur, et qui peuvent être affectés non seulement par des défauts de surface, mais également par des défauts internes non révélés en surface.
Les produits longs sont généralement obtenus à partir de billettes élaborées en coulée continue et ensuite laminées à chaud dans une succession de cages de laminoir disposées horizontalement et verticalement, ces directions définissant, pour chaque cage, l'orientation de l'axe de rotation de ses cylindres de travail. Le laminage s'effectue à température élevée, généralement vers 1000 0C lorsqu'il s'agit d'acier, l'invention n'étant cependant pas limitée à l'acier et pouvant s'appliquer également à d'autres métaux, notamment à des métaux non ferreux comme le cuivre, ou même à d'autres matériaux.
La pratique de laminage de l'acier permet de réduire la dimension du produit dans deux directions perpendiculaires tout en l'allongeant selon l'axe de la troisième direction. Cette méthode permet d'obtenir des propriétés mécaniques particulières avec une certaine symétrie axiale. Selon la forme géométrique de la section à obtenir, on dispose d'un nombre de cages plus ou moins important et l'on peut réaliser des formes de sections particulières en utilisant des cylindres comportant des cannelures. La succession des formes de la section du produit pendant l'allongement, qui se nomme "calibrage", a un rôle particulièrement important pour l'obtention des caractéristiques mécaniques du produit dans toutes les directions de cette section. On peut ainsi obtenir des produits en forme de barres, qui peuvent être de section ronde ou ovale, ou encore carrée, rectangulaire, hexagonale ou octogonale. Mais on peut réaliser des formes de section plus complexes et non symétriques telles que les cornières, les poutrelles en I ou en H ou bien encore les rails.
Néanmoins, un tel procédé n'est pas sans inconvénients pour la structure du produit, particulièrement des produits métalliques et surtout en acier.
En effet des défauts d'origines différentes peuvent se retrouver associés dans la structure du produit, notamment des défauts de surface causés par de la calamine qui reste accrochée à la surface du produit et qui provient de l'oxydation de la surface provoquée par le refroidissement à l'eau des cages de laminage. Du fait du laminage dans deux directions perpendiculaires dans les cages horizontales et dans les cages verticales, la calamine peut aussi s'incruster à l'intérieur du produit, et ceci beaucoup plus facilement que dans les produits plats dont l'épaisseur a été réduite toujours dans la même direction et de manière considérable par rapport à leur largeur. De plus, l'utilisation de cylindres avec des cannelures pour certaines cages peut provoquer des repliures du métal, ce qui peut faire pénétrer à l'intérieur de la section du produit certaines quantités de métal de température différente et provoquer des hétérogénéités. Enfin des difficultés apparues encore plus en amont, comme une mauvaise lubrification à la coulée de la billette ou un choc thermique lors du refroidissement peuvent générer des défauts de structure du métal qui pourront se trouver localisés à l'intérieur de la section du produit aussi bien qu'à sa surface après le laminage.
Il est donc important, en particulier pour les produits longs, de pouvoir détecter non seulement les défauts de surface mais également des défauts présents sous la surface. On connaît déjà une technique de détection des défauts internes d'un produit, fondée sur l'analyse de la propagation d'ondes ultrasonores à l'intérieur de ce produit. Cette technique, connue sous le nom d'ondes de Lamb, donne des résultats satisfaisants pour la détection des inclusions, mais nécessite que l'ensemble émetteur - capteur soit au contact du produit à inspecter par l'intermédiaire d'une couche de liquide huile - eau pour assurer une bonne transmission des ondes ultrasonores. Or, cette contrainte rend évidemment la technique en question inapplicable au cas où le produit à inspecter est constitué par une masse d'acier à haute température.
Dans ce contexte, la présente invention a donc principalement pour but de permettre la détection des défauts éventuellement présents sous la surface d'un produit en cours de défilement dans une installation de laminage, mais idéalement de permettre aussi la détection des défauts de surface de ce produit, en particulier dans le cas d'un produit long.
A cette fin, le procédé de l'invention, qui est par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus et qui est destiné à être appliqué à un produit en cours de défilement dans une installation de laminage à chaud et émettant spontanément un rayonnement lumineux dans un spectre d'émission spontanée incluant l'infrarouge, est essentiellement caractérisé en ce que l'opération d'éclairage est mise en oeuvre en éclairant le produit en défilement par une source de lumière visible émettant au moins en dehors du spectre d'émission spontanée, en ce que l'opération d'acquisition consiste à former au moins trois images de la même zone d'observation de ce produit dans trois bandes spectrales disjointes respectives dont la première se situe au moins dans l'infrarouge, la deuxième au moins dans le rouge, et la troisième au moins dans une partie du spectre visible externe au spectre d'émission spontanée, en ce que l'opération de prétraitement est au moins mise en oeuvre sur ces trois images pour fournir trois distributions respectives de luminosité numérisées sur plusieurs bits, en ce que l'opération de détection et d'extraction de domaines suspects est au moins mise en oeuvre sur les trois distributions numérisées de luminosité, et en ce que l'opération de classification consiste à classer au moins les domaines suspects extraits des trois distributions numérisées dans une ou plusieurs catégories de défauts internes du produit, de défauts de surface du produit, ou de non-défauts du produit au moins par comparaison des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de ces domaines suspects et de leur répartition dans les trois distributions numérisées avec des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques et les répartitions dans trois distributions numérisées correspondantes de défauts internes connus, de défauts de surface connus et de non-défauts connus, conservés dans une base de données préétablie.
En d'autres termes, le procédé de l'invention consiste à analyser les images constituées à partir des lumières émises dans le domaine infrarouge par le produit lui- même et en particulier la partie interne de sa section, ainsi que des images constituées par des lumières émises par la surface, résultant soit de l'émission propre du produit dans le domaine infrarouge et dans le domaine visible, soit de la réflexion par le produit de la lumière fournie par un éclairage additionnel. En effet lors du laminage, par exemple d'acier qui se produit aux environs de 10000C, il se forme un gradient de température important entre le centre de la section du produit et la surface, donc un gradient de longueur d'onde de lumière, dont ne parvient à l'extérieur que la partie contenue dans le domaine de l'infrarouge. Par contre, la surface du produit émet de la lumière dans le domaine infrarouge et dans le domaine visible, notamment dans le rouge.
Bien que l'opération qui consiste à former des images d'une même zone d'observation du produit dans des bandes spectrales différentes soit déjà décrite dans le brevet US 4 759 072 dans le même contexte d'un produit laminé à chaud, ce document antérieur n'évoque pas du tout le problème qui consiste à détecter les défauts internes de ce produit et ne décrit a fortiori aucun moyen susceptible de résoudre ce problème.
Selon l'invention, on prévoit de préférence que les images soient réalisées au moyen de capteurs respectifs au moins sensibles à l'infrarouge et produisant des images brutes respectives, que la première image soit réalisée dans l'infrarouge et directement obtenue par capture de la première image brute derrière un filtre optique opaque aux rayonnements de longueurs d'onde inférieures à l'infrarouge, et que les deuxième et troisième images soient respectivement obtenues à partir des deuxième et troisième images brutes par soustraction de la première image brute.
L'opération d'éclairage peut consister à éclairer le produit par une source de lumière verte, la troisième image étant alors réalisée dans le vert. L'opération de prétraitement inclut avantageusement la production d'une quatrième distribution numérisée de luminosité obtenue par combinaison linéaire des trois distributions numérisées originelles, cette quatrième distribution étant utilisée, dans l'opération de détection et d'extraction et dans l'opération de classification, au même titre que les trois distributions numérisées originelles.
Le procédé de l'invention est particulièrement avantageux dans le cas où le produit en cours de défilement dans l'installation de laminage à chaud est un produit long, c'est-à-dire d'un produit dont la section transversale s'inscrit typiquement dans un polygone, un cercle ou une ellipse, et en tout cas présente des dimensions principales du même ordre de grandeur entre elles et très inférieures à la longueur du produit, orientée suivant la direction du défilement de ce produit.
Dans ce cas, la zone d'observation commune aux trois images s'étend sur tout le pourtour du produit et sur une partie au moins de sa longueur, et chacune des trois images peut être formée en accolant l'une à l'autre au moins deux images élémentaires formées, dans une même bande spectrale de lumière, sur une même partie de la longueur du produit et sur des portions disjointes et complémentaires du pourtour de ce produit. L'invention concerne encore une installation pour la mise en œuvre d'un procédé tel que précédemment décrit, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une caméra numérique CCD dotée de trois barrettes de détection linéaires, disposées transversalement à la direction de défilement du produit et sensibles à des couleurs différentes du spectre de la lumière visible. L'opération d'éclairage sera mise en oeuvre au moyen d'un dispositif d'éclairage auxiliaire dont la longueur d'onde sera avantageusement choisie dans une plage éloignée du rouge et de l'infrarouge. D'une façon particulièrement avantageuse, ces moyens d'éclairage additionnels pourront être constitués de diodes électroluminescentes (LED). L'ensemble du rayonnement lumineux émis ou réémis par le produit donnera, en présence de défauts de ce dernier, des images comportant des zones localisées d'émission différentes, et ces défauts pourront être détectés, localisés et différentiés par l'analyse des images formées à partir des différentes lumières et par leur comparaison.
L'acquisition des images est réalisée en continu, le produit étant vu sous une pluralité d'angles différents par rapport à une même direction de référence, lesdits angles couvrant un secteur de 360 degrés, de manière à constituer une image continue de tout le pourtour du produit sur une section déterminée de sa longueur ou la totalité de celle-ci. Les acquisitions de toutes les images détectées sous les différents angles sont synchronisées entre elles de manière à pouvoir élaborer, à un instant donné, une image unique sur tout le pourtour du produit en défilement au même endroit de sa longueur. De façon préférentielle l'acquisition des images est aussi synchronisée avec le défilement du produit en cours de laminage de façon à pouvoir localiser les défauts détectés par rapport à la longueur du produit. Une installation de détection des défauts d'un produit long en défilement pendant le laminage à chaud comporte, selon l'invention, des moyens de formation, d'acquisition et de traitement d'images. Ces moyens sont disposés dans les intervalles séparant les cages verticales et horizontales d'une installation de laminage à chaud d'un produit dont la section transversale a une forme géométrique peu aplatie, par exemple circulaire, ovale ou polygonale, et régulière ou non. De façon préférentielle, le matériel de détection de défauts d'une installation selon l'invention est installé de telle façon qu'il puisse réaliser l'acquisition d'images du produit lors de son défilement entre les troisième et quatrième cages du train de laminage à chaud. Le matériel de détection et le matériel de l'éclairage additionnel sont protégés, selon l'invention, de l'ambiance du train de laminage et des possibles incidents par des moyens de protection et des moyens de refroidissement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- La figure 1 est une vue de dessus schématique d'une partie d'une ligne de laminage à chaud pour produits longs, équipée d'un dispositif de détection des défauts selon l'invention;
- La figure 2 représente schématiquement en vue de côté le dispositif de détection des défauts selon l'invention, installé dans la ligne de laminage;
- La figure 3 est une vue schématique en coupe du dispositif de détection des défauts selon l'invention pour un produit rectangulaire;
- La figure 4 est une vue schématique en coupe du dispositif de détection des défauts selon l'invention pour un produit hexagonal;
- La figure 5 est une vue schématique en coupe du dispositif de détection des défauts selon l'invention pour un produit octogonal;
- La figure 6 est une vue schématique simplifiée de la chaîne d'acquisition des images selon l'invention;
- La figure 7 représente de manière schématique les caméras d'un dispositif de détection de défauts selon l'invention et leur protection; et - La figure 8 est une vue schématique du traitement appliqué par le calculateur illustré à la figure 6 aux données qui lui sont fournies.
Ainsi que le montrent les figures 1 et 2, une ligne de laminage à chaud de produits longs est constituée d'une succession de cages de laminoirs horizontales et verticales. Ainsi, par exemple, l'entrée du train de laminage est constituée des cages H1 , V1 , H2, H3 et V2. Le procédé selon l'invention permet de détecter par voie optique les défauts présents à la surface et sous la surface du produit laminé, quelle que soit la forme de la section du produit. La lumière spontanément émise par le produit est détectée par un ensemble de caméras disposées dans des coffrets 3 répartis tout autour du produit en défilement dans la direction indiquée par la flèche F. De manière préférentielle, cet ensemble de caméras 3 est installé entre les troisième et quatrième cages de laminage qui sont représentées sur les figures 1 et 2 par des cages horizontales H2 et H3. Le rayonnement lumineux 2 spontanément émis par le produit se situe dans le spectre visible et dans le spectre invisible, et se propage dans toutes les directions tout le long du produit.
Ce rayonnement spontané est combiné à la lumière fournie par un éclairage additionnel 4 et réfléchie par la surface du produit. Cet éclairage additionnel est disposé dans des coffrets 4 installés tout autour du produit en entourant l'axe de défilement de celui-ci. Le rayonnement lumineux 6 issu de cet éclairage additionnel logé dans les coffrets 4 est choisi dans le domaine des longueurs d'ondes visibles. Ce rayonnement lumineux, après réflexion sur la surface du produit, peut être capté par les caméras placées dans les coffrets 3. En pratique, il est donc nécessaire de décaler dans l'espace les coffrets 3 et les coffrets 4 de manière que la lumière incidente vienne éclairer la surface du produit selon un certain angle et soit généralement réfléchie selon un autre angle, celui de la vision des caméras.
Pour pouvoir scruter toute la surface du produit, une pluralité de caméras est disposée selon des angles différents par rapport aux plans horizontaux et verticaux passant par l'axe de défilement du produit. Ainsi la figure 1 représente les coffrets 33 et 34 contenant des caméras, ces coffrets étant situés dans un plan horizontal passant par l'axe de défilement du produit et étant orientés, dans ce plan, selon le même angle par rapport à l'axe de défilement, de façon à viser à un instant donné la même section du produit. Une représentation similaire a été adoptée sur la figure 2 qui montre les coffrets
31 et 32 disposés dans un plan vertical passant par l'axe de défilement du produit et orientés de la même façon pour que les caméras qu'ils contiennent puissent viser, à un instant donné, la même section du produit en défilement, qui est aussi celle visée, au même instant par les caméras contenues dans les coffrets 33 et 34. Bien entendu, pour éclairer de manière suffisante et équivalente toutes les parties de la surface du produit 1 , à chaque coffret de caméras 31 , 32, 33, et 34 est associé un coffret contenant l'éclairage additionnel 41 , 42, 43 et 44. Sur la représentation des figures 1 et 2 on dispose donc de deux coffrets 41 , 42 situés dans le plan vertical passant par l'axe de défilement du produit, et de deux coffrets d'éclairage 43, 44 situés dans le plan horizontal passant par l'axe de défilement. Dans chacun de ces plans, l'éclairage est orienté par rapport à l'axe de défilement de façon que tous les coffrets d'éclairage projettent la lumière additionnelle sur la même section du produit en défilement, cette section étant celle visée au même instant par l'ensemble des caméras contenues dans les coffrets 31 , 32, 33 et 34.
Une telle disposition, comportant quatre coffrets d'éclairage et quatre coffrets de caméras permet de contrôler les défauts d'un produit de section rectangulaire, une vue en coupe de cette disposition est représentée sur la figure 3. Selon la forme de la section du produit 1 on disposera d'un nombre de dispositifs d'éclairage 41 , 42, ...et de coffrets de caméras 31 , 32, 33, ... de manière à pouvoir faire l'acquisition d'images de toutes les faces de la section du produit en défilement. Pour un produit de section octogonale, par exemple, on pourra utiliser la même disposition que pour une section rectangulaire, ainsi qu'il est représenté sur la figure 5. En effet si on oriente les dispositifs d'éclairage 41 , 42, 43, et 44 et les coffrets de caméras 31 , 32, 33 et 34 de manière à ce que leurs axes passent par un axe de symétrie de la section du produit, chaque face du produit est orientée selon un angle de 22,5° par rapport à l'axe d'un dispositif d'éclairage ou par rapport à celui d'un coffret de caméras. Ainsi chacun de ces dispositifs pourra traiter deux faces adjacentes de la section du produit sous un angle d'incidence tout à fait acceptable pour la qualité de l'image à former, que ce soit en ce qui concerne l'angle d'incidence de la lumière additionnelle, ou l'angle de visée des caméras. La figure 4 représente une disposition utilisable pour un produit dont la section est de forme hexagonale. Il est préférable dans ce cas de disposer de 6 ensembles d'éclairage additionnel 41 , 42, 43, 44, 45 et 46 et de 6 coffrets de caméras 31 , 32, 33, 34, 35 et 36. Comme le montre la figure 4, il est alors aisé de disposer les moyens d'éclairage et de détection de manière que les axes optiques soient perpendiculaires à chacune des faces du produit à contrôler.
D'une façon plus générale, dans le cas d'une forme de la section du produit 1 plus complexe, ou irrégulière, on disposera une pluralité de caméras tout autour de l'axe de défilement, selon un secteur angulaire complet de 360° de manière que les angles de vision couvrent la totalité du pourtour d'une section du produit à contrôler.
Les moyens d'éclairage additionnel 41 , 42, 43, ... sont choisis pour fournir une lumière 6 contrastant avec les longueurs d'ondes se situant dans la plage du rouge et de l'infrarouge, par exemple une lumière jaune ou bleue, mais avantageusement une lumière verte. Ces moyens d'éclairage sont de préférence constitués, dans chaque coffret, d'une rangée de diodes électroluminescentes (ou "LED") alignées. Ces composants permettent de réaliser un moyen d'éclairage de faible coût, d'une très grande durée de vie des lampes et ne dégageant pas de chaleur, ce qui est important car leur mise en oeuvre, leur accessibilité, et leur protection à l'ambiance nécessite de les fermer dans un coffret. Des moyens de refroidissement puissants et coûteux sont ainsi évités.
Chacune des caméras est avantageusement constituée par une caméra couleur généralement équipée de trois barrettes CCD de détection linéaire, disposées transversalement à la direction de défilement du produit. Ces barrettes sont précédées de filtres optiques respectifs et différents, chaque barrette produisant ainsi, pendant un intervalle de temps donné, une image brute élémentaire d'une portion du pourtour de ce produit sur une section de longueur correspondant à la distance parcourue par ce produit pendant cet intervalle le temps, cette image étant formée dans une bande spectrale spécifique correspondant au filtre choisi.
Ainsi, la barrette de cellules sensibles CCD 313 de la caméra 31 (figure 7) est précédée d'un filtre couleur 311 laissant passer uniquement les longueurs d'onde infra rouge, la lumière en provenance du produit étant concentrée sur les barrettes de chaque caméra telle que 31 par un dispositif optique 312. De même, une seconde barrette (non représentée) de chaque caméra telle que
31 est précédée d'un filtre couleur laissant passer la lumière rouge en provenance du produit, et une troisième barrette (non représentée) est précédée d'un filtre couleur laissant par exemple passer la lumière verte en provenance du produit.
La première barrette de la caméra 31 fournit ainsi, pendant un intervalle de temps donné, une première image élémentaire brute I110, la deuxième barrette de cette caméra 31 fournissant, pendant cet intervalle de temps, une deuxième image élémentaire brute l2io> et la troisième barrette de cette même caméra fournissant, pendant ce même intervalle de temps, une troisième image élémentaire brute I310.
Le premier indice affecté aux images I110, I210, et I310, qui prend respectivement les valeurs 1 , 2, et 3, rappelle que ces trois images élémentaires brutes sont formées dans trois bandes spectrales respectives différentes.
Le deuxième indice affecté aux images I110, I210. et I3-I0, qui ne prend que la valeur 1 , rappelle que ces trois images élémentaires brutes sont relatives à une même première portion du pourtour du produit. Et le troisième indice affecté aux images I110, I210, et I310, qui ne prend que la valeur 0, rappelle que ces trois images élémentaires sont celles qui sont obtenues avant tout traitement.
De même, les différentes barrettes de la caméra 32 fourniront des images élémentaires brutes I120, I220, et I320, celles de la caméra 33 des images élémentaires brutes I130, I230, et I330, et celles de la caméra 34 des images élémentaires brutes I140,
En réalité, quelle que soit la bande spectrale à laquelle une barrette est a priori affectée, cette barrette reste sensible aux rayonnements infrarouges, de sorte qu'il convient de former, à partir des images élémentaires brutes, des images élémentaires corrigées de cet effet.
Cette remarque ne s'appliquant évidemment pas aux barrettes agencées pour produire une image élémentaire infrarouge, les images élémentaires I110, l12o, I130, et I140 produites par les premières barrettes des caméras 31 à 34 constituent directement des images élémentaires I11, I12, 113, et I14 du produit dans l'infrarouge.
En revanche, les images élémentaires I21, I22, I23, et I24 du produit dans le rouge sont obtenues en soustrayant aux images élémentaires brutes du produit dans le rouge les images élémentaires respectives du produit dans l'infrarouge, c'est-à-dire par :
I21 = I210 - lu ; '22 = '220 - 112 ; '23 = I230 - 113 ! et I24 = I240 - lu- De même, les images élémentaires I31, I32, I33, et I34 du produit dans le vert sont obtenues en soustrayant aux images élémentaires brutes du produit dans le vert les images élémentaires respectives du produit dans l'infrarouge, c'est-à-dire par :
I31 = I310 - 111 ! I32 = I320 - 112 ! I33 = I330 - 1-13 i et I34 = I34O - 1-14. Ainsi, les images élémentaires produites pour chaque portion du contour du produit, par exemple les images élémentaires I11, I21, et I31, sont formées dans des bandes spectrales disjointes, de sorte que chaque image élémentaire formée dans le vert ne contient que les informations résultant de la réflexion de la lumière verte par la surface du produit.
Le procédé de l'invention peut utiliser, pour chaque caméra et par exemple en tant que caméra 31 , une caméra CCD dotée de manière standard de canaux de prise de vue rouge, vert et bleu, et en plaçant devant la barrette du canal bleu un filtre optique opaque aux rayonnements de longueurs d'onde inférieures à l'infrarouge, le canal bleu ainsi modifié de la caméra 31 fournissant le signal lu.
Un circuit d'alimentation et d'interface 314 permet pour chaque caméra de faire la liaison avec les circuits électroniques d'acquisition d'images 81 , 82, 83, ... . Ces circuits sont installés dans les coffrets 31, 32, 33, ... pour être installés dans le train de laminage à chaud, à proximité immédiate du produit. Les coffrets 31 , 32, 33, ... sont constitués d'une enveloppe métallique durcie 315, 325, 335, ....entièrement fermée.
Ces ensembles sont étanches et refroidis par un soufflage d'air 316, 326, 336, Une fine zone transparente sur la face avant de chaque coffret 310, 320, 330, ... permet de recevoir les lumières émises par réflexion et diffusion naturelle.
Les images élémentaires acquises par les différentes caméras sont synchronisées entre elles par la chaîne de mesure dont l'architecture est représentée très schématiquement sur la figure 6. Les acquisitions sont pilotées par un calculateur 9 qui synchronise tous les circuits électroniques d'acquisition 8 des caméras. Ces acquisitions sont réalisées en temps réel et synchronisées avec l'avance du produit 1 en laminage. Le calculateur 9 peut ainsi reconstituer à chaque instant, sur un dispositif de visualisation et de commande opérateur 10, une image complète 11 du pourtour d'une section du produit, vu à un instant déterminé. L'image élémentaire acquise par chacune des caméras pendant un certain temps est juxtaposée à l'image acquise par la caméra voisine, formant ainsi une image complète et continue de toute la surface du produit 1 observé. La synchronisation de l'acquisition des images avec l'avance du produit permet de localiser l'image ainsi constituée selon la longueur du produit. II est ainsi possible de disposer, sur un même intervalle de temps, c'est-à-dire sur une section déterminée de longueur du produit, d'une image complète du pourtour de ce produit dans chacune des trois bandes spectrales disjointes, cette image complète étant obtenue en accolant les unes aux autres les images élémentaires formées dans cette bande. En d'autres termes, l'accolement des images élémentaires 1-n, I12, I13, et I14 du produit dans l'infrarouge, issues des caméras 31 à 34 (figures 3 ou 5) fournit une image complète I1 du pourtour de ce produit dans l'infrarouge, l'accolement des images élémentaires I21, I22, I23, et I24 du produit dans le rouge fournit une image complète I2 du pourtour de ce produit dans le rouge, et l'accolement des images élémentaires I3n, I32, I33, et I34 du produit dans le vert fournit une image complète I3 du pourtour de ce produit dans le vert.
Les images complètes I1, I2 et I3 du pourtour du produit, ainsi formées dans les trois bandes spectrales de l'infrarouge, du rouge et du vert lors de l'acquisition ACQ (figure 8) concomitamment à l'éclairage ECL du produit, sont constituées de pixels codés sur plusieurs bits et forment donc des cartographies de niveaux de gris.
Le calculateur 9 contient par ailleurs des algorithmes de traitement d'images lui permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention.
Tout d'abord, en effet, le calculateur 9 doit corriger les images complètes I1, I2 et I3 du pourtour du produit, qui sont affectées de diverses distorsions résultant notamment d'éventuels défauts d'uniformité de l'éclairement, du vignettage de l'objectif 312 (figure 7) ou encore de variations de sensibilité entre les cellules des différentes barrettes de capteurs CCD, voire entre les barrettes elles-mêmes.
Pour surmonter ces difficultés, le procédé de l'invention mis en œuvre dans le calculateur 9 comprend une opération de prétraitement PTTRM consistant à produire, à partir de chacune des images In, I2 et I3 de la même zone d'observation du produit, une distribution numérisée de luminosité correspondante de cette zone, respectivement DLiR, DLR, et DLV -
Les distributions numérisées DL|R, DLR, et DLV sont constituées de pixels codés sur plusieurs bits et forment donc, comme les images I1, I2 et I3, des cartographies de niveaux de gris du pourtour du produit, respectivement dans l'infrarouge, dans le rouge et dans le vert, les distributions numérisées DL|R, DLR, et DLV se distinguant néanmoins des images I1, I2 et I3 par le fait qu'elles sont corrigées, de façon connue en soi, des distorsions précédemment évoquées, inhérentes à l'éclairage et à la prise de vue. De préférence, l'opération de prétraitement PTTRM inclut aussi la production d'une distribution numérisée supplémentaire, DL4, obtenue par combinaison linéaire des trois distributions numérisées originelles, DL|R, DLR, et DLv.
Le procédé de l'invention comprend également une opération DETEXTR de détection et d'extraction de domaines suspects. Cette opération consiste à exploiter chacune des distributions numérisées DL|R,
DLR, DLv, et DL4, de la zone d'observation du produit pour détecter la présence et la localisation d'éventuels défauts dans cette zone.
Cette opération est mise en oeuvre, de façon connue en soi, en appliquant à chaque distribution numérisée un traitement de type "détection de contours" (gradient, Prewitt, Sobel, etc.) ou de type seuillage en niveaux de gris. La cartographie qui en résulte identifie, dans la zone d'observation du produit, au plus deux régions qui peuvent être connexes ou non, à savoir une région a priori normale et une région à analyser. Dans le cas d'apparition d'une région à analyser, des tests complémentaires et connus en soi sont pratiqués sur cette cartographie dite "binaire" pour déterminer, dans les différentes distributions, les éventuels domaines suspects Z|R, ZR, Zv, et Z4 au moyen de paramètres morphologiques (dimension, forme, orientation) et / ou photométriques (paramètres statistiques sur les niveaux de gris).
Enfin, le procédé de l'invention comprend une opération CLASS de classification consistant à classer les domaines suspects Z|R, ZR, Zv, et Z4 extraits des distributions numérisées DL|R, DLR, DLV, et DL4 dans une ou plusieurs catégories de défauts internes du produit, de défauts de surface du produit, ou de non-défauts du produit.
Des outils de classification utilisables dans l'invention (sphère de Coulomb, k plus proches voisins, réseaux de neurones, etc.) sont déjà connus et utilisés, dans l'art antérieur, pour classer des domaines suspects en défauts de surface du produit ou en non-défauts.
La classification est réalisée en exploitant une base de données préalablement constituée sur des cas d'expérience analysés de façon spécifique, et en comparant des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques des domaines suspects apparaissant dans deux distributions numérisées avec les caractéristiques morphologiques et / ou photométriques par lesquelles des défauts connus ou des non- défauts connus et archivés dans la base de données préétablie se sont manifestés dans deux distributions numérisées correspondantes. L'invention étend l'application de cette technique et de ses outils de classification pour permettre notamment la discrimination des défauts de surface et des défauts internes au produit.
Pour ce faire, la base de données préétablie est construite de manière à recenser les diverses manifestations de divers types de domaines suspects finalement assimilables à des défauts de surface, à des défauts internes et à non-défauts, ces manifestations étant constituées par les caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de ces domaines suspects et de leur répartition au moins dans les distributions numérisées DL|R, DLR, DLV, et de préférence dans les distributions DL|R, DLR, DLV, et DL4 .
L'opération CLASS de classification est alors mise en oeuvre en comparant les caractéristiques morphologiques et / ou photométriques des domaines suspects Z|R, ZR, Zv, et Z4 et de leur répartition dans les distributions numérisées DL|R, DLR, DLv, et DL4 avec des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques et les répartitions dans les distributions numérisées correspondantes de défauts internes connus, de défauts de surface connus et de non-défauts connus, conservés dans la base de données préétablie.
De façon schématique, les défauts de surface manifestent leur présence essentiellement dans les distributions DLv et DL4, marginalement dans la distribution DLR mais non dans la distribution DL|R, alors que les défauts internes manifestent leur présence essentiellement dans les distributions DL|R et DL4, marginalement dans la distribution DLR mais non dans la distribution DLV.
Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement leur portée.

Claims

Revendications
1. Procédé pour détecter des défauts d'un produit (1) en cours de défilement dans une installation de laminage, ce procédé comprenant au moins une opération d'éclairage (ECL) consistant à éclairer le produit en défilement par une source de lumière (6), une opération d'acquisition (ACQ) consistant à former par balayage une première image du produit en défilement, observé dans une première bande spectrale de lumière, une opération de prétraitement (PTTRM) consistant au moins à produire, à partir de la première image d'une zone d'observation du produit, une première distribution numérisée de luminosité de cette zone, une opération (DETEXTR) de détection et d'extraction de domaines suspects consistant à exploiter la première distribution numérisée de luminosité de la zone d'observation du produit pour détecter la présence et la localisation d'éventuels défauts dans cette zone, et une opération de classification (CLASS) consistant au moins à classer les domaines suspects dans une ou plusieurs catégories de défauts ou de non-défauts par comparaison des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de ces domaines suspects avec des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de défauts connus et de non-défauts connus, conservés dans une base de données préétablie, caractérisé en ce que le procédé est appliqué à un produit (1) en cours de défilement dans une installation de laminage à chaud et émettant spontanément un rayonnement lumineux dans un spectre d'émission spontanée incluant l'infrarouge, en ce que l'opération d'éclairage (ECL) est mise en œuvre en éclairant le produit en défilement par une source de lumière visible (6) émettant au moins en dehors du spectre d'émission spontanée, en ce que l'opération d'acquisition (ACQ) consiste à former au moins trois images (I1, I2, I3 ) de la même zone d'observation de ce produit dans trois bandes spectrales disjointes respectives dont la première se situe au moins dans l'infrarouge, la deuxième au moins dans le rouge, et la troisième au moins dans une partie du spectre visible externe au spectre d'émission spontanée, en ce que l'opération de prétraitement (PTTRM) est au moins mise en œuvre sur ces trois images (li, I2, U ) pour fournir au moins trois distributions respectives de luminosité (DL|R, DLR, DLV, DL4) numérisées sur plusieurs bits, en ce que l'opération (DETEXTR) de détection et d'extraction de domaines suspects (Z|R, ZR, ZV, Z4) est au moins mise en œuvre sur les distributions numérisées de luminosité (DL|R, DLR, DLV, DL4), et en ce que l'opération de classification (CLASS) consiste à classer au moins les domaines suspects (Z|R, ZR, Zv, Z4) extraits des distributions numérisées (DL|R, DLR, DLV, DL4) dans une ou plusieurs catégories de défauts internes du produit, de défauts de surface du produit, ou de non-défauts du produit au moins par comparaison des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques de ces domaines suspects (Z|R, ZR, Zv, Z4) et de leur répartition dans les distributions numérisées (DL|R, DLR, DLV, DL4) avec des caractéristiques morphologiques et / ou photométriques et les répartitions dans les distributions numérisées correspondantes de défauts internes connus, de défauts de surface connus et de non-défauts connus, conservés dans une base de données préétablie.
2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que les images (I1, I2, I3) sont réalisées au moyen de capteurs respectifs (313) au moins sensibles à l'infrarouge et produisant des images brutes respectives (In0, I210, U10) , en ce que la première image (h) est réalisée dans l'infrarouge et directement obtenue par capture de la première image brute (I110) derrière un filtre optique opaque aux rayonnements de longueurs d'onde inférieures à l'infrarouge, et en ce que les deuxième et troisième images (I2, I3) sont respectivement obtenues à partir des deuxième et troisième images brutes (I210, I310) par soustraction de la première image brute (I110).
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'opération d'éclairage (ECL) consiste à éclairer le produit par une source (4) de lumière verte, et en ce que la troisième image (I3) est réalisée dans le vert.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de prétraitement (PTTRM) inclut la production d'une quatrième distribution numérisée de luminosité (DL4) obtenue par combinaison linéaire des trois distributions numérisées originelles (DL|R, DLR, DLV), cette quatrième distribution (DL4) étant utilisée, dans l'opération (DETEXTR) de détection et d'extraction et dans l'opération de classification (CLASS), au même titre que les trois distributions numérisées originelles (DL|R, DLR, DLV).
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit (1) en cours de défilement dans l'installation de laminage à chaud est un produit long, dont la section transversale s'inscrit dans un polygone, un cercle ou une ellipse.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la zone d'observation commune aux trois images (I1, I2, I3) s'étend sur tout le pourtour du produit et sur une partie au moins de sa longueur, et en ce que chacune des trois images (I2) est formée en accolant l'une à l'autre au moins deux images élémentaires (I21, I22, I23, I24) formées, dans une même bande spectrale de lumière, sur une même partie de la longueur du produit et sur des portions disjointes et complémentaires du pourtour de ce produit.
7. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une caméra numérique CCD (31) dotée de trois barrettes de détection linéaires, disposées transversalement à la direction de défilement du produit et sensibles à des couleurs différentes du spectre de la lumière visible.
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