WO2017051115A1 - Système pour mesures optiques d'une surface d'une couche d'une composition de teinte à effets, procédé de mise en œuvre - Google Patents

Système pour mesures optiques d'une surface d'une couche d'une composition de teinte à effets, procédé de mise en œuvre Download PDF

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Definitions

  • the present invention generally relates to the field of optical measurements of layers of effect color compositions. More particularly, it relates to a system and a method for optical measurements of the surface of a layer that can be composed of effect materials and the characterization of these layers and materials, in particular to make the coloring of effects tints. It has applications in the field of optical characterization including paints, varnishes, surface treatments and for example to determine compositions for repairing objects whose surface has been damaged, in particular for the paintings of motor vehicle bodies damaged .
  • optical effects of the paints or varnishes may be more or less numerous and complex depending on the compositions involved. In the simplest cases, these optical effects may correspond to transmissions, absorptions and / or simple reflections. In such cases, the characterization is simple and one can calculate by calculation, relatively simply, replacement / repair compositions producing the same effects.
  • compositions use materials producing more complex effects such as diffusion, refraction or other non-linear effects and / or depending on the angle of observation. This is particularly the case for body paints and some nail polish where effects of iridescence or pearlescent or change of color appear depending on the viewing angle. These effects may for example be due to elongated and microscopic flakes of metal in the composition, in particular aluminum, which generally tend to orient themselves in a certain way in the paint or varnish layer and / or in mother-of-pearl colored and / or interferential nacres.
  • Document DE 20 2004 01 1 81 1 U1 discloses a direction finding apparatus for optical measurements.
  • the sensor is movable, an individually selectable set of light sources can illuminate the sample.
  • a 0 ° illumination that the sample is not mentioned.
  • FIGS. 4, 5 with two fixed sensors of angles -15 ° and + 75 °, no illumination at 0 ° is provided, a camera being installed at 0 °.
  • DE 20 2012 010 459 discloses a portable optical measuring apparatus with two fixed measuring sensors and multiple light sources which are all fixed. The measurements are made at 15 ° and 45 °.
  • the present invention proposes a system for optical measurements of a surface of a layer of an effect dye composition, the system comprising at least one light source. light and at least one optical sensor, said at least one light source producing illumination along an illumination axis I 0 °, l- April 5 °, a collimated light beam illuminating a measurement area of the surface of the layer, said measurement zone being centered on a center O corresponding to the intersection of the illumination axis with the surface of the effect dye layer, said at least one optical sensor having an optical axis D measuring device able to move angularly above the measurement zone, in an arc of a circle of determined radius in a scanning plane P B , the radius carrying the optical measurement axis having its center on the center O of the zone of measurement. measured.
  • the system comprises two light sources S 0 ° , S -45 ° , fixed to illuminate the measurement zone according to two determined illumination angles, a first zero illumination angle, 0 °, e first corresponding illumination axis l 0 ° then being perpendicular to the surface at the center of the measurement zone, and a second illumination angle substantially at -45 ° of the null angle, the second illumination axis l -45 ° corresponding then being inclined at -45 ° relative to the first illumination axis I 0 ° , said two light sources S 0 ° , S -45 ° and their corresponding illumination angles and illumination axes being in the scanning plane P B , the two light sources S 0 ° , S -45 ° fixed being respectively arranged at 0 ° and -45 ° in the balaya plane for direct illumination of the measurement zone, and the system comprises a first optical sensor having a first optical axis L D measuring that can move angularly in the pla
  • the first mobile optical sensor is intended to specifically measure the measurement zone
  • the measurement zone is extended substantially in a plane P M ,
  • the scanning plane P B is perpendicular to the plane P M of the measurement zone
  • the set of measurement angle values comprises at least one zero value, namely 0 °, two symmetrical values of rasping measurements, two symmetrical values of intermediate measurements between the zero value and the rasantes,
  • the set of measurement angle values is: -50 °, -40 °, -20 °, 0 °, + 20 °, + 40 °, + 50 °,
  • the set of measurement angle values is: -65 °, -50 °, -40 °, -20 °, 0 °, + 20 °, + 40 °, + 50 °, + 65 °,
  • the set of measurement angle values is: -65 °, -50 °, -40 °, -20 °, -10 °, 0 °, + 10 °, + 20 °, + 40 °, +50 °, + 65 °,
  • the set of measurement angle values is: -65 °, -50 °, -40 °, -30 °, -20 °, -10 °, 0 °, + 10 °, + 20 °, +30 °, + 40 °, + 50 °, + 65 °,
  • the set of measurement angle values comprises at least the values: + 45 °, -45 °, 0 °,
  • the set of measurement angle values comprises at least the values: -65 °, -45 °, 0 °, + 45 °, + 65 °,
  • each of said at least one light source of illumination is substantially circular
  • the measurement zone is substantially circular
  • each of said at least one illumination light source is approximately 10 mm in diameter plus or minus 3 mm
  • each of said at least one illumination light source has a diameter greater than the diameter of the measuring zone
  • the measurement zone is approximately 8 mm in diameter plus or minus 3 mm
  • said at least one illumination light source illuminates both the measurement zone and an internal reference zone adjacent to the measurement zone
  • the internal reference zone comprises a relative white standard, - the internal reference zone and the measurement zone are separated by a wall designed to prevent light reflected by the internal reference zone or the measurement zone from illuminating the adjacent zone,
  • control and control device comprises a microprocessor and a programmed microcontroller and at least one input / output interface
  • control and command device is associated with a microcomputer external to the system
  • the two light sources S 0 ° , S -45 ° are at the same radial distance from the measurement zone
  • each light source of illumination is with diode (s) electroluminescent (s),
  • each light source of illumination is white light-emitting diode
  • each light source of illumination is with blue and ultraviolet light-emitting diodes
  • each light source of illumination is light-emitting diodes comprising at least one of: white LED, blue LED and ultraviolet LED,
  • each light source comprises a white LED, a blue LED and two ultraviolet LEDs
  • each lighting light source comprises at least one lens or diopter
  • each light source of illumination comprises a collimator
  • the possible angular displacement of the first optical measurement axis is between -65 ° and + 65 ° with an angular displacement step of 1 °
  • the first optical sensor comprises a first fixed spectrometer receiving a light information coming from the measurement zone via a first optical path, said first optical path comprising:
  • a guided part consisting of a first flexible light guide with two opposite ends, said first light guide being extended between, at its first end, said first fixed spectrometer and, at its second end, a first interface with the open air, said first interface having an optical axis substantially perpendicular to the scanning plane P B and being movable on an arc of circle carried by a plane parallel to the scanning plane, and
  • the first interface is mobile on an arc of a circle parallel to the scanning plane and behind it,
  • the semi-transparent blade is flat
  • the flat semi-transparent blade has a deflection rate of the free-air portion of the first optical path of 50%
  • the first mobile interface at the end of the first light guide and facing the semi-transparent plate comprises at least one lens or diopter, the first mobile interface at the end of the first light guide and facing the semi-transparent blade has an optical concentrator,
  • the first mobile interface at the end of the first light guide and facing the semi-transparent plate comprises a collimator
  • the first optical sensor comprises a first charge transfer detector (“CCD”) spectrometer ensuring each measurement by photonic integrations during a determined measurement time, also called integration time Tl, and the control and control device is configured to change each measurement time according to the value of the measurement angle, said measurement time being increased for increasing absolute measurement angle values and conversely said measuring time being decreased for absolute values of measurement angle decreasing and being minimum for a zero measurement angle value,
  • CCD charge transfer detector
  • control and control device is configured so that the raw measurements of the optical sensor are normalized according to their respective measurement time in order to produce standardized measurements independent of their integration time T1, also called measuring time,
  • the integration time for each angle is determined by calibration measurements with an absolute reference white plate constituting an absolute white standard and arranged in the measuring zone during the calibration,
  • the system further comprises a second fixed optical sensor
  • the second fixed optical sensor is intended to specifically measure the internal reference zone
  • the system comprises an internal reference zone adjacent to the measurement zone, said internal reference zone comprising a relative white standard, each light source being able to illuminate both the internal reference zone and the measurement zone with its beam of lighting and the system further comprises a second optical sensor for optical measurements of the only zone of internal reference, the first optical sensor being intended solely for measuring the measuring zone,
  • the system further comprises a second fixed optical sensor, with a fixed second optical axis E , said second optical sensor comprising a second charge-coupled sensor (“CCD”) spectrometer, said second optical measurement axis the fixed E of said second optical sensor not being in the scanning plane P B and crossing the internal reference zone,
  • CCD charge-coupled sensor
  • the second optical axis I E of the second optical sensor is inclined so that its orthogonal projection on the scanning plane P B forms an axis substantially at -22.5 ° relative to the first illumination axis I 0 ° ,
  • the second optical axis I E of the second optical sensor is in a reference measurement plane parallel to the scanning plane and intersecting the internal reference zone
  • the internal reference zone is shifted by about 2 cm towards the front of the scanning plane and thus from the measuring zone
  • the reference measurement plane is shifted approximately 2 cm towards the front of the scanning plane
  • the second optical measurement axis is inclined and / or shifted forward with respect to the scanning plane so as not to intersect the semi-transparent plate
  • the second optical sensor comprises a second spectrometer receiving light information from the internal reference zone via a second optical path, said second optical path comprising, on the one hand, an open-air part comprising / carried by at least a portion of the second optical axis I E of measurement fixed and, secondly, a guided portion consisting of a second flexible light guide at two opposite ends, and the second spectrometer is fixed and the second light guide is extended between, at its first end, said second fixed spectrometer and at its second end, a second interface with the fixed free air and in the axis of the second measurement axis I E ,
  • the second fixed interface at the end of the second light guide comprises a collimator
  • the second optical sensor comprises a second charge transfer detector (“CCD”) spectrometer ensuring each measurement by photonic integrations during a measurement time, also called integration time T1, determined,
  • CCD charge transfer detector
  • the flexible light guide (s) is / are each an optical fiber consisting of a single strand
  • the flexible light guide (s) is / are each an optical fiber consisting of several strands joined in parallel, - the system is in a housing,
  • the housing comprises a passage for the installation of a flat support plate on which is disposed the layer of the effect dye composition
  • the passage is an opening system configurable according to the needs of users, disposed inside the housing, the measurements being made in the housing,
  • the configurable opening system is positioned on an inner face of a wall, referred to as the measuring wall of the housing,
  • the passage comprises a configurable opening system positioned on an external face of the measuring wall of the housing, the measurements taking place at the outer boundary of the housing wall, said measuring wall having a passage opening of the first optical axis; D measuring and collimated lighting beams of two light sources of illumination,
  • the casing also comprises a means of fixing to a surface of an object comprising a layer of the dye composition to be measured, the measurements being carried out at the external boundary of the wall of the casing, said measuring wall having an opening; passing the first optical axis L D measurement and collimated lighting beams of the two light sources of illumination,
  • the lower / outer face of the measurement wall comprises, at least around the opening, a seal to prevent the entrance of external light, in particular a strip of felt, intended to prevent the passage of a light outside the system in the case of a measurement on a surface of an object on which the housing is placed,
  • the system is arranged in a portable housing and has an autonomous power source of the rechargeable battery type
  • control and control device is a motherboard of small format microcomputer, with its operating system
  • control and control device comprises at least one computer communication input / output interface
  • the computer communication input / output interface is wired, in particular USB,
  • the computer communication input / output interface is wireless, in particular WIFI®,
  • control and control device comprises calculation means making it possible to compare and / or produce formulations of effect coloring compositions
  • control and control device is associated with external computer equipment, in particular a local microcomputer or a remote server, the control and control device assembly plus computer equipment externally providing calculations for comparing and / or producing formulations of effect hue compositions,
  • the system comprises a user input / output interface in the form of a liquid crystal color screen and a touch screen,
  • the effect hue is arranged on a flat support plate
  • the support plate can slide in a slideway of the measuring zone to be brought opposite the measuring zone
  • the effect dye composition layer is on a flat support plate, said support plate having two parts of its surface which are contrasted with each other and separated along a contrast partition line, said support plate also being called a support plate at contrasts
  • the contrasting surfaces of the support plate are covered with a matt or glossy white or black surface
  • optical measurements are made for each contrasting surface independently of the other contrasting surfaces
  • the contrast-surface support plate is slid into a slideway of the measurement zone and the support plate is slidably displaced to bring each contrasting surface to the measurement zone and to be able to perform the optical measurements of the effect tint of each contrasted surface regardless of other contrasting surfaces,
  • the contrast-surface support plate is free from the system and the system is moved to bring the passage opening of the measuring zone to the level of the contrasting surface whose effect color is to be measured,
  • the support plate with contrasting surfaces comprises more than two contrasting surfaces with each other
  • the system also comprises a video camera making it possible to display at least the measurement zone, for a good positioning of the sample,
  • the camera's shooting axis is inclined with respect to the scanning plane and crosses the measurement zone.
  • the invention also provides methods for implementing the system of the invention as can be deduced from the present application.
  • measurements are carried out according to at least five angles with the first optical sensor and / or a contrasting support plate is implemented.
  • the contrasting surfaces of the backing plate are white or black and / or matt or glossy.
  • the measurements are made on the part with a white background then on the part with a black background or vice versa.
  • measurements are made according to seven measurement angles with the first optical sensor.
  • the system of the invention is used and optical measurements are made of the layer of the effect dye composition disposed in a measuring zone, with a first optical sensor, and according to a set of at least five values.
  • an internal reference zone is implemented adjacent to the measurement zone, said internal reference zone comprising a relative white standard, each light source being able to illuminate both the internal reference zone and the measurement zone. with its lighting beam and is further implemented a second fixed optical sensor for optical measurements of the only internal reference area, the first optical sensor being for the sole measurement of the measurement area.
  • FIG. 1 represents a cutaway perspective view of a housing comprising the system of the invention
  • FIG. 2 represents a view of a cutaway lateral side of the casing of FIG. 1;
  • FIG. 3 represents a cutaway front view of the casing of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a bottom view, in cutaway view, of the casing of FIG. 1, and
  • FIG. 5 represents a simplified diagram of the measuring and lighting axes of the system of the invention.
  • the casing 1 to which some of its outer walls 2 have been removed in the figures, has a handle 3 and two main internal volumes separated by an inner wall 18.
  • a first volume 5 towards the rear of the casing is intended in particular the electronics / computer, a servomotor 8 whose drive axis passes through the inner wall 18, and the first 7 and second optical fiber fixed spectrometers 22 of the first and second optical sensors.
  • a second volume 6 towards the front of the housing is intended in particular for the mechanical part of a goniometer and it comprises the internal reference zone and the measurement zone and the first and second interfaces with collimators 15, 13 of the first and second sensors optics.
  • a touch screen display color screen 4 providing a user input / output interface.
  • a fixed plate 10 supports two light sources of illumination, a S 0 ° 12 at 0 ° and the other S 45 ° 1 1 at -45 °. These two illumination light sources and the measurement zone intersect / intersect the same scanning plane that angularly sweeps the measurement axis l D of the first sensor.
  • the two light axes are in the scanning plane and the measurement area is a surface substantially perpendicular to the scanning plane. This angular mobility of the measurement axis results from the circular rotation, in an arc of circle, around the measuring zone 14 of a semi-transparent plate 17 crossing / cutting the scanning plane.
  • This moving semi-transparent plate 17 is carried by a movable plate 9 driven by the servomotor 8.
  • the optical fiber of the first optical measuring sensor comprising the first spectrometer 7 ends with a first free-air interface with a collimator 15 which arrives perpendicular to the scanning plane and shifted behind the semitransparent plate and thus the scanning plane.
  • the first optical axis l D of measurement is thus carried by a center radius on the measurement zone and this measuring axis, which is in the scanning plane P B , is extended at least between the measuring zone and the semi-circular blade.
  • the first optical path in the open air for this first sensor, between the first mobile collimator interface and the measurement zone therefore comprises a substantially vertical part (when the scanning plane is vertical) corresponding to the first one. optical axis D of measurement and a substantially horizontal portion between the semi-transparent plate 17 and the first mobile collimator interface 15.
  • a second optical measurement axis E fixed 19 of a second measurement sensor comprising the second optical fiber spectrometer 22 ending in a second free-air interface with collimator 13 is positioned at -22.5 °.
  • This second collimator interface 13 is therefore in the axis of the second optical axis I E measurement.
  • the second optical axis I E of measurement 19 aims at an internal reference zone 20 which comprises a relative white standard and which is arranged in before the scanning plane and which can be illuminated, as the measurement area, by each of the light sources S 0 ° , S -45 ° , fixed.
  • the second optical axis I E measurement 19 can be inclined from the top and the front down and back relative to the scanning plane and it is located at the front of the latter and it targets the internal reference area 20 disposed in front of the scanning plane and therefore the measurement zone.
  • the second optical axis I E measurement 19 can be inclined from top to bottom in a reference measurement plane parallel to the scanning plane and in front of the latter and therefore the measurement zone.
  • a fixed camera 16, fixed to the fixed plate 10 makes it possible to visualize the measurement zone 14 because its axis of shooting crosses the measurement zone.
  • the measurement zone is on a flat plate on which a layer of the effect dye composition has been deposited.
  • the layer of the effect dye composition is on a particular object, for example a motor vehicle body, and the measurement zone is of sufficiently reduced extent to be considered flat or substantially flat for the measurements. .
  • the measuring zone 14 is in relation with the lower wall of the housing 1, called the measurement wall, and a configurable opening system 21 of this wall makes it possible to measure in a passage or opening an effect hue layer, also known as sample ".
  • An opening in the bottom wall makes it possible to measure on a surface on which the housing is placed, said surface becoming a sample.
  • the measuring zone is therefore in the configurable opening 21.
  • the system of the invention is therefore in the form of a housing 1 which comprises a goniometer and which makes it possible to perform the acquisition and processing of optical measurements, of colorimetry, by means of spectrometers associated with a mechanical assembly and specific optics.
  • the housing incorporates the following technical features.
  • a small micro-computer card with 4 USB ports + 2 RS232 + ports 1 port l 2 C BUS® + 1 VGA port. Simultaneous illumination of the measurement zone and the internal calibration reference zone by each of two independent fixed lighting sources 1 1, 12, each composed of a white LED, a blue LED and two UV LEDs, with both light sources at 0 ° and -45 °, respectively.
  • each of the light sources of illumination includes a white LED 6500K of spectral range, and of power: 3W @ 12V.
  • Specific collimation optics are associated with the white LED, giving a divergence of at least ⁇ 5 ° for the collimated light beam produced.
  • the diameter of the collimated lighting beam produced is about 20mm.
  • these means and values can also be applied to light sources with four LEDs (white + blue + UV).
  • a double beam system with the actual lighting beam and a software feedback control beam of the light source is implemented within the system.
  • the simultaneous illumination of the measurement zone and the internal reference zone is done by only one of the two light sources of illumination at a time.
  • at least the region illuminated by the light sources and which comprises the measurement zone and the internal reference zone is surface-treated, excluding the measurement zone and the internal reference zone, to avoid reflections and / or other optical effects that may interfere with the measurements.
  • the optical measurements on the measurement zone 14 are performed by a first optical sensor comprising a fixed spectrometer 7 with a USB port, coupled to a flexible optical fiber whose measuring end (side of the effect hue in the measurement zone) has a first moveable collimator-free interface 15, said mobility allowing measurements from -65 ° to + 65 ° every 1.0 ° and with an angular accuracy of ⁇ 0.1 °.
  • a second optical sensor comprising a fixed spectrometer 22 with a USB port, coupled to a flexible optical fiber whose measurement end comprises the second fixed interface in the open with collimator 13, allows measurements at -22.5.degree. internal reference area 20.
  • the first interface with collimator 15 in the open air, mobile, at the measurement end of the optical fiber of the first optical sensor, the one having the measuring axis 1 D sweeping the scanning plane P B , is perpendicular to the plane P B scanning and back of the latter (the semi-transparent blade deviates the first optical path in its part in the open air).
  • the second fixed collimator interface 13 at the measuring end of the optical fiber of the second optical sensor is at -22.5 ° and in front of the scanning plane P B and is inclined towards the bottom and the back to directly form the second measurement axis I E offset by 2 cm towards the front of the scanning plane.
  • the first spectrometer 7 and the second spectrometer 22 of each optical measuring sensor comprises a concave holographic grating and a 1024 pixel CCD detector having a spectral range 360 to 740 nm and a resolution of 0.37 nm.
  • the first mobile collimator interface at the end of the flexible optical fiber of the first optical sensor therefore follows an arcuate movement with respect to the measurement zone 14.
  • the first mobile collimator interface arrives substantially perpendicular to the scanning plane P B and at a distance from the latter, a semi-transparent plate deflecting the first optical measuring path in its part in the open air so that the first measuring axis D is in the plane of scanning P B , said first mobile collimator interface 15 does not move in the scanning plane but in another plane P B 'which is parallel thereto.
  • the semi-transparent blade 17 which follows the movements of the first interface 15 with mobile collimator moves by cutting the scanning plane P B.
  • any other equivalent arrangement making it possible to bring the first optical path to form the first measurement axis in the scanning plane P B is also possible with for example a first mobile interface no longer perpendicular to the scanning plane but inclined, the semitransparent plate and the illumination light sources are then arranged and / or oriented so that the first measurement axis and the illumination axes are in the scanning plane while arriving at the measurement zone.
  • the semi-transparent plate instead of being a flat blade movable along the first mobile interface in its displacements in an arc of a circle, is a fixed curved plane which, at any point crossing the plane of scanning, allows to obtain that the first measurement axis and the two illumination axes l -45 ° , lo ° are in the scanning plane while arriving at the measurement zone.
  • the movable means of the housing allow goniometric movements with for measurements along the axis D (Beta) a mobility between -65 ° and + 65 ° passing through the 0 ° and in a baying plane P B.
  • axis D Beta
  • P B baying plane
  • the measurements by the first optical sensor are typically performed according to at least five measurement angle values ⁇ , at least two pairs of symmetrical measurements and a measurement at 0 °.
  • the measurements of a pair are made symmetrically with respect to 0 °, for example the ones measured in a pair are at -45 ° and + 45 °.
  • the optical measurements on the internal reference area are performed by the second optical sensor comprising a second fixed spectrometer 22 with USB port, coupled to an optical fiber whose measuring end is at second interface with fixed collimator 13 and positioned at about -22.5 ° opposite the zone this measurement and shifted forwards by compared to the scanning plane.
  • a measurement of an external absolute white standard placed in the measurement zone and simultaneously of the relative white standard of the internal reference zone 20 is carried out.
  • a measurement of an external absolute black standard placed in the measuring zone and simultaneously of the relative white standard of the internal reference zone 20 can be carried out during the manufacture of the system. in order to configure the latter for its subsequent use, especially with regard to the measurement / integration times for each measurement angle.
  • This initial calibration phase can also be repeated periodically or at a chosen time to recalibrate the system.
  • predefined times can be used by calibrations temporally spaced on the relative internal white standard and absolute standards and / or determine these times. time depending on the sample / effect hue you want to measure. Indeed, the saturation value of each spectrometer is known, and it is possible by iterative measurements to determine an optimum measurement time making it possible to take advantage of a large measurement dynamic for the sample in question without saturating the spectrometer. It is recalled that the integration / measurement time is taken into account with the value of the measurement in order to normalize the results and to be able to compare them with each other.
  • N Black illuminated by the light source of illumination considered.
  • NE Black Sample illuminated by the light source of illumination considered.
  • the integration time used for the White and the black can be different from that for the Sample and the Black Sample.
  • Tlcaiibration is chosen so that for the white one has a measured signal situated between 13000 and 13500 points.
  • Tl measurement different from TI Ca iibration if the signal on the sample is less than 1000 points (Very dark sample) or greater than 16384 points (Very specular or fluorescent sample).
  • Tl measurement with the same algorithm as the one above for TI Ca iibration in order to have: 13000 points ⁇ measured maximum signal of the sample ⁇ 13500 points.
  • the analysis system is broken down as follows:
  • the light source When the chosen light source comes on, there is a variation of energy at each switching on and off, the light source will illuminate when calibrated with the absolute black standard and the absolute white standard arranged in the zone. also measures a small white plate physically located next to the measurement zone and which is in the internal reference area. The second optical sensor measures in real time and simultaneously with the first optical sensor this internal reference area. An analogical spectral curve of the internal reference zone is then obtained which is stored just like the analogical spectral curves of black and white absolute standards of the measurement zone and which were therefore simultaneously measured during this calibration.
  • the variation in the relative internal reference plate due to the background noise and to the variation of illumination of the light source considered is therefore known for the black standard and the absolute white standard.
  • Ref (Sample) (((E-NE) / (BN)) * ( ⁇ caution / TI Me sure) * (Ref (White) - Ref (black))) + Ref (Black)
  • the second optical sensor For a series of effects hue measurements by the first optical sensor, a simultaneous measurement of the effect hue and the relative white standard of the internal reference area is performed by the second optical sensor in order to compensate for instrumental drifts.
  • the first optical sensor that is mobile for its optical measurements is intended for measurements on the measurement zone.
  • the second optical sensor which is fixed for its optical measurements is intended for measurements on the internal reference area.
  • the measurement zone and the internal reference zone are both illuminated together by one of both light sources of illumination, and preferably by that at 0 °.
  • the first one the mobile D of the first sensor and the second is the fixed E -22.5 ° to the second sensor, as well as two of the two sources axesd'éclairage S 0 ° and S -45 ° , that l 0 ° to 0 ° and that L 45 ° to -45 °, a simplified diagram is provided in Figure 5. It was assumed in this example that the plane P M carrying the zone measuring 14 is horizontal. The measuring zone 14 is substantially centered at an origin point O of a vertical reference axis Y, a horizontal reference axis front-rear X and a lateral reference axis Z.
  • the axes of illumination l 0 ° l -45 ° and the measuring axes l D IE go through the original point O.
  • the scanning plane P B is carried by the reference axes Y and Z and is therefore perpendicular to the reference axis X.
  • the illumination light source 1 2, S 0 ° , which is at 0 ° of illumination angle fixed is along the vertical reference axis Y and thus in the scanning plane P B.
  • the illumination light source 1 1, S -45 ° which is at -45 ° fixed illumination angle is in the scanning plane P B.
  • the first optical axis of measurement l D of variable measurement angle ⁇ is in the scanning plane P B.
  • the movable semi-transparent plate 17 carried by the movable plate 9 intersects the scanning plane P B during its displacement in order to deflect the first optical path in the open air of the first collimator interface 1 5 and to bring the first optical axis of measurement l D in the scanning plane P B.
  • a semitransparent plate is implemented so that the illumination of the measuring zone is ensured when the variable measurement angle ⁇ is at 0 ° or near, so the first optical axis of measurement l D superimposed on the axis lighting 0 0 of the light source 12, S 0, and also when the variable measurement angle ⁇ is at -45 ° or neighboring, so the first axis Optical measurement l D superimposed on the illumination axis l -45 ° of the light source 1 1, S -45 ° .
  • the first collimator interface 15 moves in solidarity with the semi-transparent plate and in a plane P B 'parallel to the scanning plane P B and behind it in the housing.
  • the second interface with fixed collimator 13 of second optical axis of measurement I E at -22.5 ° of the second sensor is outside the scanning plane P B , at the front of the latter in the housing, and has a second axis Measuring optics E which is inclined from the top and the front to the bottom and the back by cutting off the measurement area shifted by 2 cm.
  • a 4.3 "VGA color TFT graphics display with a 4-wire analog resistive touch panel and the ad-hoc VGA driver board allow information and data display as well as data and data capture. / or orders.
  • a visualization of the measurement zone is implemented by a 16 USB color camera, preferably a "WebCam".
  • the images of the camera can be viewed on the graphic screen 4.
  • At least one wired link e.g. USB or wireless eg WiFi® is / are implemented to communicate with a separate external computer equipment, including a microcomputer or a local or remote server.
  • a separate external computer equipment including a microcomputer or a local or remote server.
  • a set of internal interface circuits preferably in the form of an electronic card, allows the control and control, that is to say the control and / or management, of the essentially internal electrical and electronic components of the housing. .
  • these internal interface circuits there may be mentioned the following.
  • a power supply circuit for operating the enclosure with an external power supply or an integrated LiPo battery A circuit for managing the charge of the battery.
  • a power supply circuit providing the necessary voltages including a switching voltage booster with + 12V output and high efficiency, (> 85% efficiency). These circuits provide protection against polarity inversions and overcurrent, including fuses.
  • a control circuit of a buzzer type buzzer A consumption management circuit by switching on, off, or even standby, under the control of a momentary contact button, or even an inactivity timer.
  • a circuit for managing a SUBD15 VGA video connector for connection to a screen external to the housing.
  • a portable housing 1 having a transport handle 3.
  • the enclosure is intended to be used in battery-powered stand-alone mode. No moving parts of the system are accessible directly by the user, they are protected access by the walls of the housing made of sheet metal.
  • the inner faces of the housing walls, in particular in the part 6 where the measurements are made, are matt black in order to avoid any reflections that could disturb the measurements.
  • a computation method for optical characterization in a separate computer equipment, notably a microcomputer or a remote server, it is possible to produce, from the measurements produced by the casing, parameters that optically characterize the measured sample.
  • This method of characterization of the optical effects makes it possible to produce results based on three parameters which are a function of the concentration of each of the possible materials of an effect dye composition. These three parameters, called Omega, Tau, and Sigma, can be added between the different materials, depending on their respective concentrations, in order to produce values allowing to characterize optically the composition as a whole. Because of this additivity of each of the three parameters, it is possible to compare different samples simply and homogeneously.
  • the calculation method is executed remotely in a proprietary server, the measurements being sent to the server via a network computer, including INTERNET or email within an email, and processed, the results in the form of parameters or a composition being returned to the housing that sent the measurements.
  • a proprietary server including INTERNET or email within an email
  • This solution avoids the dissemination of the characterization method.

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Abstract

L'invention concerne un système pour mesures optiques d'une surface d'une couche d'une composition de teinte à effets, comportant deux sources lumineuses (11, 12) fixes permettant d'éclairer une zone de mesure selon deux angles d'éclairage à 0 ° et -45 ° d'un plan de balayage PB et des moyens de déplacement angulaire de l'axe optique de mesure I D d'un capteur optique de mesure entre -65 ° et +65° d'angle de mesure β dans le plan de balayage. Le système comporte en outre un dispositif de contrôle et de commande configuré pour permettre de commander l'éclairage de la zone de mesure selon un seul des deux angles d'éclairage à la fois pendant les mesures et afin que les mesures optiques soient effectuées pour un ensemble d'au moins cinq valeurs d'angle de mesure déterminées, le nombre de valeurs étant un chiffre impair, une des valeurs d'angle de mesure étant nulle, l'axe optique de mesure I D étant alors perpendiculaire à la zone de mesure et les autres valeurs d'angle de mesure étant par paires, les deux valeurs d'angle de mesure de chaque paire étant de même valeur absolue mais disposés de part et d'autre de l'angle nul.

Description

SYSTEME POUR MESURES OPTIQUES D'UNE SURFACE D'UNE COUCHE D'UNE COMPOSITION DE TEINTE A EFFETS, PROCEDE DE MISE EN
ŒUVRE DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
La présente invention concerne de manière générale le domaine des mesures optiques des couches de compositions de teintes à effets. Elle concerne plus particulièrement un système et un procédé pour des mesures optiques de la surface d'une couche pouvant être composée de matériaux à effets et la caractérisation de ces couches et matériaux pour notamment faire du contretypage de teintes à effets. Elle a des applications dans le domaine de la caractérisation optique notamment des peintures, vernis, traitements de surfaces et par exemple pour déterminer des compositions destinées à réparer des objets dont la surface a été abimée, en particulier pour les peintures de carrosseries de véhicules automobiles accidentés.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Les effets optiques des peintures ou vernis peuvent être plus ou moins nombreux et complexes en fonction des compositions mises en jeu. Dans les cas les plus simples, ces effets optiques peuvent correspondre à des transmissions, absorptions et/ou réflexions simples. Dans de tels cas, la caractérisation est simple et on peut déterminer par calcul, relativement simplement, des compositions de remplacement/réparation produisant les mêmes effets.
Toutefois, de plus en plus de compositions mettent en œuvre des matières produisant des effets plus complexes comme la diffusion, la réfraction ou autres effets non linéaires et/ou variant en fonction de l'angle d'observation. C'est en particulier le cas pour les peintures de carrosseries et certains vernis à ongles où des effets d'irisation ou de nacré ou de changement de teinte apparaissent en fonction de l'angle d'observation. Ces effets peuvent par exemple être dû à des paillettes allongées et microscopiques de métal dans la composition, notamment d'aluminium, qui ont généralement tendance à s'orienter d'une certaine façon dans la couche de peinture ou vernis et/ou à des nacres colorées et/ou à des nacres interférentielles.
Les méthodes et moyens de mesure traditionnels ne sont plus adaptés à ces compositions de teintes à effets. Il a donc été nécessaire de réaliser un système permettant de mesurer et caractériser ces effets d'une manière simple par un éclairage collimaté et des mesures spéculaires.
Les éléments de cette simplicité, outre la maniabilité, la rapidité et la polyvalence du système proposé, ont également été considérés du point de vue de la quantité de mesures nécessaires à une caractérisation optique correcte des matériaux à effets et aussi du point de vue des paramètres de caractérisation à utiliser pour permettre d'effectuer simplement et efficacement des caractérisations dans l'absolu ou des comparaisons entre des compositions ou des reproductions/contretypages de compositions par calcul des ingrédients nécessaires et de leurs concentrations respectives. Il a en particulier été possible, grâce au procédé mis en œuvre, de déterminer un nombre réduit de paramètres de caractérisation, en l'espèce trois, calculés à partir des mesures obtenues par le système et permettant de contretyper optiquement une composition de teinte à effets. En outre, ces trois paramètres permettent de donner une idée sur l'importance respective des effets optiques de base dans une composition donnée, par exemple l'importance de la réflexion spéculaire simple par rapport à la diffusion.
On connaît des dispositifs permettant de faire des mesures optiques selon plusieurs angles de mesure. C'est notamment le cas de FR2818377. Toutefois, c'est un dispositif goniométrique relativement complexe et très encombrant du fait qu'aussi bien la source lumineuse d'éclairage, que le capteur et l'échantillon à mesurer sont mobiles sous l'action de motorisations.
On connaît par le document DE 20 2004 01 1 81 1 U1 , un appareil de goniométrie pour mesures optiques. Dans une modalité particulière de réalisation représentée figure 3 de ce document, seul le capteur est mobile, un ensemble de sources lumineuse sélectionnable individuellement pouvant éclairer l'échantillon. Toutefois, dans cette modalité, un éclairage à 0° ce l'échantillon n'est pas mentionné. En outre, dans un autre mode de réalisation (figures 4, 5) à deux capteurs fixes d'angles -15° et +75° , aucun éclairage à 0° n'est prévu, une caméra étant installée à 0° .
Le document DE 20 2012 010 459 divulgue un appareil de mesures optiques portable à deux capteurs de mesure fixes et des sources lumineuses multiples qui sont toutes fixes. Les mesures sont effectuées à 15° et 45° . En 25 pratique, il est proposé dans ce document de mettre en œuvre une structure inversée entre les sources de lumière et les capteurs par rapport à celle des normes ASTM mentionnées dans ce même document. On peut noter que ces normes telles que décrites ne mentionnent pas des angles de mesure qui sont toutes par paires symétriques en plus d'une mesure à 0° .
Enfin, le document EP 1 914 529 divulgue un appareil de mesures optiques qui met en œuvre un moyen de focalisation qui fait que les mesures de qualification et de référence par les deux spectromètres mis en œuvre s'effectuent dans un même plan. OBJET DE L'INVENTION
Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un système pour mesures optiques d'une surface d'une couche d'une composition de teinte à effets, le système comportant au moins une source lumineuse d'éclairage et au moins un capteur optique, ladite au moins une source lumineuse d'éclairage produisant le long d'un axe d'éclairage l0°, l-45°, un faisceau d'éclairage collimaté éclairant une zone de mesure de la surface de la couche, ladite zone de mesure étant centrée sur un centre O correspondant au croisement de l'axe d'éclairage avec la surface de la couche de teinte à effets, ledit au moins un capteur optique ayant un axe optique lD de mesure pouvant se déplacer angulairement au-dessus de la zone de mesure, en arc de cercle de rayon déterminé dans un plan de balayage PB, le rayon portant l'axe optique de mesure ayant son centre sur le centre O de la zone de mesure.
Selon l'invention, le système comporte deux sources lumineuses S0°, S-45°, fixes permettant d'éclairer la zone de mesure selon deux angles d'éclairage déterminés, un premier angle d'éclairage nul, 0° , e premier axe d'éclairage l0° correspondant étant alors perpendiculaire à la surface au centre de la zone de mesure, et un second angle d'éclairage sensiblement à -45° de l'angle nul, le second axe d'éclairage l-45° correspondant étant alors incliné de -45° par rapport au premier axe d'éclairage l0°, lesdites deux sources lumineuses S0°, S-45° et leurs angles d'éclairage et axes d'éclairage correspondants étant dans le plan de balayage PB, les deux sources lumineuses S0°, S-45° fixes étant disposées respectivement à 0° et -45° dans le plan de balaya pour des éclairages directs de la zone de mesure, et le système comporte un premier capteur optique ayant un premier axe optique lD de mesure pouvant se déplacer angulairement dans le plan de balayage (PB) et le déplacement angulaire du premier axe optique de mesure lD est compris entre -65° et +65° d'angle de mesurep" de part et d'autre du premier axe d'éclairage l0°, ledit système comportant en outre un dispositif de contrôle et de commande configuré pour permettre de commander l'allumage d'une seule des deux sources lumineuses S0°, S-45° à la fois pendant les mesures optiques et permettant de produire des mesures optiques selon des valeurs d'angle de mesure β déterminées pour une source lumineuse donnée et donc pour un angle d'éclairage donné, et le dispositif de contrôle et de commande est en outre configuré afin que les mesures optiques soient effectuées pour un ensemble d'au moins cinq valeurs d'angle de mesure β déterminées, le nombre de valeurs d'angle de mesure β étant un chiffre impair, une des valeurs étant nulle et correspondant à un angle de mesure nul, le premier axe optique de mesure lD étant alors confondu avec le premier axe d'éclairage l0°, et les autres valeurs d'angle de mesure étant par paires de valeurs d'angle de mesure, les deux valeurs chaque paire étant de même valeur absolue mais de signes contraires, les deux premiers axes optiques de mesure correspondants étant disposés symétriquement de part et d'autre premier axe d'éclairage l0°.
D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du système et conformes à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le premier capteur optique mobile est destiné à mesurer spécifiquement la zone de mesure,
- la zone de mesure est étendue sensiblement dans un plan PM,
- le plan de balayage PB est perpendiculaire au plan PM de la zone de mesure,
- le plan de balayage PB coupe la zone de mesure,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure comprend au moins une valeur nulle, soit 0° , deux valeurs symétriques de mesures rasantes, deux valeurs symétriques de mesures intermédiaires entre la valeur nulle et les rasantes,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure est : -50° , -40° , -20° , 0° , +20° , +40° , +50° ,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure est : -65° , -50° , -40° , -20° , 0° , +20° , +40° , +50° , +65° ,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure est : -65° , -50° , -40°, -20° , -10° , 0° , +10° , +20° , +40° , +50° , +65° ,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure est : -65° , -50° , -40° , -30° , -20° , -10° , 0° , +10° , +20° , +30° , +40° , +50° , +65° ,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure comprend au moins les valeurs : +45° , -45° , 0° ,
- l'ensemble des valeurs d'angle de mesure comprend au moins les valeurs : -65° , -45° , 0° , +45° , +65° ,
- la surface éclairée par chacune de ladite au moins une source lumineuse d'éclairage est sensiblement circulaire,
- la zone de mesure est sensiblement circulaire,
- la surface éclairée par chacune de ladite au moins une source lumineuse d'éclairage est d'environ 10 mm de diamètre plus ou moins 3 mm,
- la surface éclairée par chacune de ladite au moins une source lumineuse d'éclairage a un diamètre supérieur au diamètre de la zone de mesure,
- la zone de mesure est d'environ 8 mm de diamètre plus ou moins 3 mm,
- ladite au moins une source lumineuse d'éclairage éclaire à la fois la zone de mesure et une zone de référence interne adjacente à la zone de mesure,
- la zone de référence interne comporte un étalon blanc relatif, - zone de référence interne et la zone de mesure sont séparées par un muret destiné à éviter que de la lumière renvoyée par la zone de référence interne ou par la zone de mesure ne vienne éclairer la zone adjacente,
- le dispositif de contrôle et commande comporte un microprocesseur et un microcontrôleur programmé et au moins une interface d'entrée/sortie,
- le dispositif de contrôle et commande est associé à un microordinateur externe au système,
- les deux sources lumineuses S0°, S-45° sont à une même distance radiale de la zone de mesure,
- chaque source lumineuse d'éclairage est à diode(s) électroluminescente(s),
- chaque source lumineuse d'éclairage est à diode électroluminescente blanche,
- chaque source lumineuse d'éclairage est à diodes électroluminescentes bleue et ultraviolette,
- chaque source lumineuse d'éclairage est à diodes électroluminescentes comportant au moins une de : DEL blanche, DEL bleue et DEL ultraviolette,
- chaque source lumineuse comporte une DEL blanche, une DEL bleue et deux DEL Ultraviolette,
- chaque source lumineuse d'éclairage comporte au moins une lentille ou dioptre,
- chaque source lumineuse d'éclairage comporte un collimateur,
- le déplacement angulaire possible du premier axe optique de mesure est compris entre -65° et +65° avec un pas de déplacemœit angulaire de 1 ° ,
- le premier capteur optique comporte un premier spectromètre fixe recevant une information lumineuse provenant de la zone de mesure par l'intermédiaire d'un premier chemin optique, ledit premier chemin optique comportant :
- d'une part, une partie guidée constituée d'un premier guide de lumière souple à deux extrémités opposées, ledit premier guide de lumière étant étendu entre, à sa première extrémité, ledit premier spectromètre fixe et, à sa seconde extrémité, une première interface avec l'air libre, ladite première interface ayant un axe optique sensiblement perpendiculaire au plan de balayage PB et étant mobile sur un arc de cercle porté par un plan parallèle au plan de balayage, et
- d'autre part, une partie à l'air libre portée par au moins une partie du premier axe optique de mesure lD, ledit premier axe optique de mesure lD traversant une lame semi-transparente, ladite lame semi-transparente défléchissant au moins en partie ladite partie à l'air libre dudit premier chemin optique pour transmission à la première interface mobile, ladite lame semi-transparente suivant les déplacements de la première interface mobile, (la partie à l'air libre du premier chemin optique comporte donc plusieurs sous parties de directions différentes dont une portée par le premier axe de mesure),
- la première interface est mobile sur un arc de cercle parallèlement au plan de balayage et en arrière de ce dernier,
- la lame semi-transparente est plate,
- la lame semi-transparente plate a un taux de déflexion de la partie à l'air libre du premier chemin optique de 50%,
- la première interface mobile à l'extrémité du premier guide de lumière et faisant face à la lame semi-transparente comporte au moins une lentille ou dioptre, - la première interface mobile à l'extrémité du premier guide de lumière et faisant face à la lame semi-transparente comporte un concentrateur optique,
- la première interface mobile à l'extrémité du premier guide de lumière et faisant face à la lame semi-transparente comporte un collimateur,
- le premier capteur optique comporte un premier spectromètre à détecteur à transfert de charge (« CCD ») assurant chaque mesure par des intégrations photoniques pendant un temps de mesure déterminé, encore dit temps d'intégration Tl, et le dispositif de contrôle et de commande est configuré pour modifier chaque temps de mesure en fonction de la valeur de l'angle de mesure, ledit temps de mesure étant augmenté pour des valeurs absolues d'angle de mesure augmentant et inversement ledit temps de mesure étant diminué pour des valeurs absolues d'angle de mesure diminuant et étant minimum pour une valeur d'angle de mesure nul,
- le dispositif de contrôle et de commande est configuré pour que les mesures brutes du capteur optique soient normalisées en fonction de leur temps de mesure respectif afin de produire des mesures normalisées indépendantes de leur temps d'intégration Tl, encore dit temps de mesure,
- le temps d'intégration pour chaque angle est déterminé par des mesures de calibration avec une plaque blanche de référence absolue constituant un étalon blanc absolu et disposée dans la zone de mesure pendant la calibration,
- le système comporte en outre un second capteur optique fixe,
- le second capteur optique fixe est destiné à mesurer spécifiquement la zone de référence interne,
- le système comporte une zone de référence interne adjacente à la zone de mesure, ladite zone de référence interne comportant un étalon blanc relatif, chaque source lumineuse pouvant éclairer à la fois la zone de référence interne et la zone de mesure avec son faisceau d'éclairage et le système comporte en outre un second capteur optique destiné à des mesures optiques de la seule zone de référence interne, le premier capteur optique étant destiné à la seule mesure de la zone de mesure,
- le système comporte en outre un second capteur optique, fixe, de second axe optique lE de mesure, fixe, ledit second capteur optique comportant un second spectromètre à détecteur à transfert de charge (« CCD »), ledit second axe optique de mesure lE fixe dudit second capteur optique n'étant pas dans le plan de balayage PB et croisant la zone de référence interne,
- le second axe optique lE du second capteur optique est incliné de manière à ce que sa projection orthogonale sur le plan de balayage PB forme un axe sensiblement à -22,5° par rapport au premier axe déclairage l0°,
- le second axe optique lE du second capteur optique est dans un plan de mesure de référence parallèle au plan de balayage et croisant la zone de référence interne,
- la zone de référence interne est décalée d'environ 2 cm vers l'avant du plan de balayage et donc de la zone de mesure,
- le plan de mesure de référence est décalé d'environ 2 cm vers l'avant du plan de balayage,
- le second axe optique de mesure est incliné et/ou décalé vers l'avant par rapport au plan de balayage de manière à ne pas croiser la lame semi-transparente, - le second capteur optique comporte un second spectromètre recevant une information lumineuse provenant de la zone de référence interne par l'intermédiaire d'un second chemin optique, ledit second chemin optique comportant, d'une part, une partie à l'air libre comportant/porté par au moins une partie du second axe optique lE de mesure fixe et, d'autre part, une partie guidée constituée d'un second guide de lumière souple à deux extrémités opposées, et le second spectromètre est fixe et le second guide de lumière est étendu entre, à sa première extrémité, ledit second spectromètre fixe et, à sa seconde extrémité, une seconde interface avec l'air libre fixe et dans l'axe du second axe de mesure lE ,
- la seconde interface fixe à l'extrémité du second guide de lumière comporte un collimateur,
- le second capteur optique comporte un second spectromètre à détecteur à transfert de charge (« CCD ») assurant chaque mesure par des intégrations photoniques pendant un temps de mesure, encore dit temps d'intégration Tl, déterminé,
- le/les guides de lumière souples est/sont chacun une fibre optique constituée d'un seul brin,
- le/les guides de lumière souples est/sont chacun une fibre optique constituée de plusieurs brins réunis en parallèle, - le système est dans un boîtier,
- le boîtier comporte un passage pour l'installation d'une plaque support plane sur laquelle est disposée la couche de la composition de teinte à effets,
- le passage est un système d'ouverture configurable en fonction du besoin des utilisateurs, disposé à l'intérieur du boîtier, les mesures s'effectuant dans le boîtier,
- le système d'ouverture configurable est positionné sur une face interne d'une paroi dite paroi de mesure du boîtier,
- le passage comporte un système d'ouverture configurable positionné sur une face externe de la paroi de mesure du boîtier, les mesures s'effectuant en limite externe de paroi du boîtier, ladite paroi de mesure ayant une ouverture de passage du premier axe optique lD de mesure et des faisceaux d'éclairage collimatés des deux sources lumineuses d'éclairage,
- le boîtier comporte en outre un moyen de fixation à une surface d'un objet comportant une couche de la composition de teinte à effets à mesurer, les mesures s'effectuant en limite externe de paroi du boîtier, ladite paroi de mesure ayant une ouverture de passage du premier axe optique lD de mesure et des faisceaux d'éclairage collimatés des deux sources lumineuses d'éclairage,
- la face inférieure/externe de la paroi de mesure comporte, au moins autour de l'ouverture, un joint pour éviter l'entrée de lumière extérieure, notamment une bande de feutre, destiné à empêcher le passage d'une lumière extérieure au système dans le cas d'une mesure sur une surface d'un objet sur lequel est posé le boîtier,
- le système est disposé dans un boîtier portable et il comporte une source d'alimentation électrique autonome du type batterie rechargeable,
- le dispositif de contrôle et de commande est une carte mère de microordinateur de format réduit, avec son système d'exploitation,
- le dispositif de contrôle et de commande comporte au moins une interface d'entrée/sortie de communication informatique,
- l'interface d'entrée/sortie de communication informatique est filaire, notamment USB,
- l'interface d'entrée/sortie de communication informatique est sans-fil, notamment WIFI®,
- le dispositif de contrôle et de commande comporte des moyens de calcul permettant de comparer et/ou de réaliser des formulations de compositions de teintes à effets,
- le dispositif de contrôle et de commande est associé à un équipement informatique externe, notamment un microordinateur local ou un serveur distant, l'ensemble dispositif de contrôle et de commande plus équipement informatique externe assurant des calculs permettant de comparer et/ou de réaliser des formulations de compositions de teintes à effets,
- le système comporte une interface d'entrée/sortie utilisateur sous forme d'un écran couleur à cristaux liquides et d'une dalle tactile,
- la teinte à effets est disposée sur une plaque support plane,
- la plaque support peut coulisser dans une glissière de la zone de mesure pour être amenée en regard de la zone de mesure,
- la couche de composition de teinte à effets est sur une plaque support plane, ladite plaque support ayant deux parties de sa surface contrastées entre elles et séparées le long d'une ligne de partage du contraste, ladite plaque support étant également dite plaque support à contrastes,
- les surfaces contrastées de la plaque support sont recouvertes d'une surface blanche ou noire, mate ou brillante,
- dans le cas d'utilisation d'une plaque support à surfaces contrastées, on effectue des mesures optiques pour chaque surface contrastée indépendamment des autres surfaces contrastée,
- la plaque support à surfaces contrastées est glissée dans une glissière de la zone de mesure et on déplace la plaque support par coulissement pour amener chaque surface contrastée au niveau de la zone de mesure et pouvoir effectuer les mesures optiques de la teinte à effets de chaque surface contrastée indépendamment des autres surfaces contrastée,
- la plaque support à surfaces contrastées est libre du système et on déplace le système pour amener l'ouverture de passage de la zone de mesure au niveau de la surface contrastée dont on souhaite mesurer la teinte à effets,
- la plaque support à surfaces contrastées comporte plus de deux surfaces contrastées entre elles,
- le système comporte en outre une caméra vidéo permettant de visualiser au moins la zone de mesure, pour un bon positionnement de l'échantillon,
- la caméra vidéo est fixe,
- l'axe de prise de vue de la caméra est incliné par rapport au plan de balayage et croise la zone de mesure.
L'invention propose également les procédés de mise en œuvre du système de l'invention tels que l'on peut les déduire de la présente demande. Notamment, on réalise des mesures selon au minimum cinq angles avec le premier capteur optique et/ou on met en œuvre une plaque support à contrastes. Les surfaces contrastées de la plaque support sont blanche ou noire et/ou mate ou brillante. Dans le cas d'une plaque support à contrastes noir et blanc, les mesures sont faites sur la partie à fond blanc puis sur la partie à fond noir ou inversement. Dans une variante des procédés on réalise des mesures selon sept angles de mesure avec le premier capteur optique.
Plus particulièrement, on utilise le système de l'invention et on effectue des mesures optiques de la couche de la composition de teinte à effets disposée dans une zone de mesure, avec un premier capteur optique, et selon un ensemble d'au moins cinq valeurs d'angle de mesure β déterminées et en ayant choisi un éclairage de ladite couche par une de deux sources lumineuses d'éclairage disposées respectivement à 0° et -45° , le nombre devaleurs d'angle de mesure (β) de l'ensemble étant un chiffre impair, une des valeurs étant nulle et correspondant à un angle de mesure nul et les autres valeurs d'angle de mesure étant par paires de valeurs d'angle de mesure, les deux valeurs chaque paire étant de même valeur absolue mais de signes contraires. Dans une modalité particulière, on met en œuvre une zone de référence interne adjacente à la zone de mesure, ladite zone de référence interne comportant un étalon blanc relatif, chaque source lumineuse pouvant éclairer à la fois la zone de référence interne et la zone de mesure avec son faisceau d'éclairage et on met en œuvre en outre un second capteur optique fixe destiné à des mesures optiques de la seule zone de référence interne, le premier capteur optique étant destiné à la seule mesure de la zone de mesure.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 représente une vue en perspective, en écorché, d'un boîtier comportant le système de l'invention,
- la figure 2 représente une vue d'un côté latéral, en écorché, du boîtier de la figure 1 ,
- la figure 3 représente une vue de face, en écorché, du boîtier de la figure 1 , - la figure 4 représente une vue de dessous, en écorché, du boîtier de la figure 1 , et
- la figure 5 représente un schéma simplifié des axes de mesure et d'éclairage du système de l'invention.
On va décrire en relation avec les figures 1 à 4, une mise en œuvre particulière du système de l'invention sous forme d'un boîtier portable autonome.
Le boîtier 1 auquel on a retiré certaines de ses parois externes 2 sur les figures, comporte une poignée 3 et deux volumes internes principaux séparés par une paroi interne 18. Un premier volume 5 vers l'arrière du boîtier est destiné notamment à l'électronique/informatique, à un servomoteur 8 dont l'axe d'entraînement traverse la paroi interne 18, et aux premier 7 et second spectromètres 22 fixes à fibres optiques des premier et second capteurs optiques. Un second volume 6 vers l'avant du boîtier est destiné notamment à la partie mécanique d'un goniomètre et elle comporte la zone de référence interne et la zone de mesure et les première et seconde interfaces avec collimateurs 15, 13 des premier et second capteurs optiques. A l'avant, sur la paroi supérieure du boîtier, est installé un écran couleur d'affichage à dalle tactile 4 assurant une interface d'entrée/sortie utilisateur.
A l'avant, en regard d'une ouverture 21 de la paroi inférieure du boîtier où se trouve la zone de mesure 14, une platine fixe 10 supporte deux sources lumineuses d'éclairage, une S0° 12 à 0° et l'autre S45° 1 1 à -45° . Ces deux sources lumineuses d'éclairage et la zone de mesure croisent/coupent le même plan de balayage que balaye angulairement l'axe de mesure lD du premier capteur. Les deux axes d'éclairages sont dans le plan de balayage et la zone de mesure est une surface sensiblement perpendiculaire au plan de balayage. Cette mobilité angulaire de l'axe de mesure résulte de la rotation circulaire, en arc de cercle, autour de la zone de mesure 14 d'une lame semi-transparente 17 croisant/coupant le plan de balayage. Cette lame semi-transparente 17 mobile est portée par une platine 9 mobile entraînée par le servomoteur 8. La fibre optique du premier capteur optique de mesure comportant le premier spectromètre 7 se termine par une première interface à l'air libre avec collimateur 15 qui arrive perpendiculairement au plan de balayage et décalée en arrière de la lame semi- transparente et donc du plan de balayage. Le premier axe optique lD de mesure est donc porté par un rayon de centre sur la zone de mesure et cet axe de mesure, qui est dans le plan de balayage PB, est étendu au moins entre la zone de mesure et la lame semi-transparente 17. Le premier chemin optique à l'air libre pour ce premier capteur, entre la première interface avec collimateur 15 mobile et la zone de mesure, comporte donc une partie sensiblement verticale (lorsque le plan de balayage est vertical) correspondant au premier axe optique lD de mesure et une partie sensiblement horizontale entre la lame semi-transparente 17 et la première interface mobile à collimateur 15.
Un second axe optique lE de mesure 19 fixe d'un second capteur de mesure comportant le second spectromètre 22 à fibre optique se terminant par une seconde interface à l'air libre avec collimateur 13 est positionné à -22,5° . Cette seconde interface à collimateur 13 est donc dans l'axe du second axe optique lE de mesure. Le second axe optique lE de mesure 19 vise une zone de référence interne 20 qui comporte un étalon blanc relatif et qui est disposée en avant du plan de balayage et qui peut être éclairée, tout comme la zone de mesure, par chacune des sources lumineuses S0°, S-45°, fixes. Le second axe optique lE de mesure 19 peut être incliné du haut et l'avant vers le bas et l'arrière par rapport au plan de balayage et il se situe à l'avant de ce dernier et il vise la zone de référence interne 20 disposée en avant du plan de balayage et donc de la zone de mesure. Dans une autre modalité de réalisation, le second axe optique lE de mesure 19 peut être incliné du haut vers le bas dans un plan de mesure de référence parallèle au plan de balayage et en avant de ce dernier et donc de la zone de mesure.
Une caméra 16 fixe, fixée à la platine fixe 10 permet de visualiser la zone de mesure 14 car son axe de prise de vue croise la zone de mesure.
Dans une mise en œuvre préférée, la zone de mesure est sur une plaque plane sur laquelle on a déposé une couche de la composition de teinte à effets. Dans d'autres modalités, la couche de la composition de teinte à effets est sur un objet particulier, par exemple une carrosserie de véhicule automobile, et la zone de mesure est d'étendue suffisamment réduite pour être considérée plane ou sensiblement plane pour les mesures.
La zone de mesure 14 est en relation avec la paroi inférieure du boîtier 1 , dite paroi de mesure, et un système d'ouverture configurable 21 de cette paroi permet de mesurer dans un passage ou ouverture une couche de teinte à effets, encore dite « échantillon ». Une ouverture dans la paroi inférieure permet d'effectuer des mesures sur une surface sur laquelle est posé le boîtier, ladite surface devenant un échantillon. La zone de mesure se trouve donc dans l'ouverture configurable 21 .
Le système de l'invention se présente donc sous forme d'un boîtier 1 qui comporte un goniomètre et qui permet de réaliser l'acquisition et le traitement de mesures optique, de colorimétrie, par l'intermédiaire de spectromètres associés à un ensemble mécanique et optique spécifique. Dans une modalité de réalisation particulière, le boîtier intègre les fonctionnalités techniques qui suivent.
Une alimentation au choix par un adaptateur secteur externe d'environ 25W et/ou par une batterie intégrée au boîtier et de type LiPo (lithium polymère) de +3,7V 4000mAh rechargeable avec un module de charge. La charge s'effectue lorsque l'adaptateur secteur externe est connecté au boîtier et même pendant la charge de la batterie, le boîtier reste totalement opérationnel. Utilisation d'une carte micro-ordinateur petit format à 4 ports USB + 2 ports RS232 + 1 port l2C BUS® + 1 port VGA. Un éclairage simultané de la zone de mesure et de la zone de référence interne de calibration par chacune des deux sources lumineuses d'éclairage fixes 1 1 , 12, indépendantes, composées chacune d'une DEL blanche, d'une DEL bleue et de deux DEL UV, les deux sources lumineuses d'éclairage étant situées respectivement à 0° et à -45° . En vaiante, chacune des sources lumineuses d'éclairage comporte une DEL blanche 6500K de gamme spectrale, et de puissance: 3W @ 12V. Une optique spécifique pour collimation est associée à la DEL blanche, donnant une divergence d'au moins ± 5° pour le faisceau d'éclairage collimaté produit. Le diamètre du faisceau d'éclairage collimaté produit est d'environ 20mm. A noter que ces moyens et valeurs peuvent également s'appliquer aux sources lumineuses à quatre DEL (blanc + bleue + UV). Enfin, afin de corriger les éventuelles dérives de l'éclairage, un système de double faisceau avec le faisceau d'éclairage proprement dit et un faisceau de contrôle par rétroaction logicielle de la source lumineuse, est mis en œuvre au sein du système. Lors du fonctionnement du système, l'éclairage simultané de la zone de mesure et de la zone de référence interne ne se fait que par une seule des deux sources lumineuses d'éclairage à la fois. De préférence, au moins la région éclairée par les sources lumineuses et qui comporte la zone de mesure et de la zone de référence interne est traitée en surface, à l'exclusion de la zone de mesure et de la zone de référence interne, pour éviter les réflexions et/ou autres effets optiques pouvant perturber les mesures.
Les mesures optiques sur la zone de mesure 14 sont effectuées par un premier capteur optique comportant un spectromètre fixe 7 à port USB, couplé à une fibre optique souple dont l'extrémité de mesure (côté de la teinte à effets dans la zone de mesure) comporte une première interface à l'air libre avec collimateur 15 qui est mobile, ladite mobilité permettant des mesures de -65° à +65° tous les 1 ,0° et avec une précision angulaire de ±0,1 ° .
Un second capteur optique comportant un spectromètre fixe 22 à port USB, couplé à une fibre optique souple dont l'extrémité de mesure comporte la seconde interface fixe à l'air libre avec collimateur 13, permet des mesures à -22,5° de la zone de référence interne 20.
La première interface avec collimateur 15 à l'air libre, mobile, à l'extrémité de mesure de la fibre optique du premier capteur optique, celui ayant l'axe de mesure lD balayant le plan de balayage PB, est perpendiculaire au plan de balayage PB et en arrière de ce dernier (la lame semi-transparente dévie le premier chemin optique dans sa partie à l'air libre). La seconde interface avec collimateur 13 à l'air libre, fixe, à l'extrémité de mesure de la fibre optique du second capteur optique est à -22,5° et à l'avant du plan de balayage PB et est inclinée vers le bas et l'arrière pour directement former le second axe de mesure lE décalé de 2 cm vers l'avant du plan de balayage.
Typiquement, le premier spectromètre 7 et le second spectromètre 22 de chaque capteur optique de mesure comportent un réseau holographique concave et un détecteur CCD 1024 pixels ayant pour gamme spectrale 360 à 740 nm et une résolution de 0,37 nm.
La première interface avec collimateur 15 mobile à l'extrémité de la fibre optique souple du premier capteur optique suit donc un mouvement en arc de cercle en regard de la zone de mesure 14. Toutefois, étant donné que la première interface avec collimateur 15 mobile arrive sensiblement perpendiculairement au plan de balayage PB et à distance de ce dernier, une lame semi-transparente défléchissant le premier chemin optique de mesure dans sa partie à l'air libre pour que le premier axe de mesure lD soit dans le plan de balayage PB, ladite première interface avec collimateur 15 mobile ne se déplace pas dans le plan de balayage mais dans un autre plan PB' qui lui est parallèle. Par contre, la lame semi- transparente 17 qui suit les mouvements de la première interface avec collimateur 15 mobile se déplace en coupant le plan de balayage PB. On comprend que toute autre disposition équivalente permettant d'amener le premier chemin optique à former le premier axe de mesure dans le plan de balayage PB est également possible avec par exemple une première interface mobile non plus perpendiculaire au plan de balayage mais inclinée, la lame semi-transparente et les sources lumineuses d'éclairage étant alors disposées et/ou orientées de manière à ce que le premier axe de mesure et les axes d'éclairage soient dans le plan de balayage en arrivant sur la zone de mesure. Dans une variante, la lame semi-transparente, au lieu d'être une lame plate mobile suivant la première interface mobile dans ses déplacements en arc de cercle, est un plan courbé fixe qui, en tout point croisant le plan de balayage, permet d'obtenir que le premier axe de mesure et les deux axes d'éclairage l-45°, lo° soient dans le plan de balayage en arrivant sur la zone de mesure.
Les moyens mobiles du boîtier permettent des déplacements goniométriques avec pour les mesures selon l'axe lD (Bêta) une mobilité entre -65° et +65° en passant par le 0° et dans un plan de baàyage PB. Pour l'éclairage qui comporte deux sources lumineuses 1 1 , 12 d'éclairage fixes, on a deux axes l-45°, l0° (Alpha) respectifs à -45° et de 0° et qui sont ausi dans le plan de balayage PB.
Les mesures par le premier capteur optique sont typiquement effectuées selon au moins cinq valeurs d'angle de mesure β, au moins deux paires de mesures symétriques et une mesure à 0° . Les mesures d'une paire sont faites symétriquement par rapport au 0° , par exemple les ceux mesures d'une paire sont à -45° et +45° .
Afin de pouvoir calibrer le système, les mesures optiques sur la zone de référence interne sont effectuées par le second capteur optique comportant un second spectromètre 22 fixe à port USB, couplé à une fibre optique dont l'extrémité de mesure est à seconde interface avec collimateur 13 fixe et positionnée à environ -22,5° en regard de la zone ce mesure et décalée vers l'avant par rapport au plan de balayage. Lors d'une phase initiale de calibration du système, on effectue, pour chaque angle de mesure, une mesure d'un étalon blanc absolu extérieur placé dans la zone de mesure et simultanément de l'étalon blanc relatif de la zone de référence interne 20, puis une mesure d'un étalon noir absolu extérieur placé dans la zone de mesure et simultanément de l'étalon blanc relatif de la zone de référence interne 20. Cette phase initiale de calibration du système peut s'effectuer lors de la fabrication du système afin de configurer ce dernier pour son utilisation ultérieure, notamment en ce qui concerne les temps de mesure/d'intégration pour chaque angle de mesure. On peut également répéter cette phase initiale de calibration périodiquement ou à un moment choisi afin de calibrer à nouveau le système.
A noter, en ce qui concerne les temps de mesure/d'intégration pour les capteurs de mesure, qu'on peut utiliser des temps prédéfinis par des calibrations espacées temporellement sur l'étalon blanc relatif interne et des étalons absolus et/ou déterminer ces temps en fonction de l'échantillon/teinte à effets que l'on souhaite mesurer. En effet, on connaît la valeur de saturation de chaque spectromètre, et on peut par des mesures itératives déterminer un temps de mesure optimum permettant de profiter d'une grande dynamique de mesure pour l'échantillon concerné sans pour autant saturer le spectromètre. On rappelle que le temps d'intégration/de mesure est pris en compte avec la valeur de la mesure afin de normaliser les résultats et pouvoir les comparer entre eux.
Dans ce cadre de la calibration on va maintenant décrire un procédé qui permet de corriger en temps réel les variations des capteurs et de l'éclairage des sources lumineuses afin d'obtenir des mesures sur un échantillon qui soient reproductibles et fiables.
On sait que lors de l'allumage d'une lampe de type DEL comme celle équipant le système, la puissance émise par la lampe, même avec la meilleure régulation de courant possible, donne une stabilité de 0,5 à 1 %. Par ailleurs on sait qu'un capteur de type spectromètre à dispositif de transfert de charge (CCD) est linéaire c'est à dire que le nombre de photons captés est proportionnel à son temps d'intégration/de mesure et linéaire en fonction de sa dynamique.
Pour connaître les paramètres et la loi de transformation de l'énergie en valeurs spectrales du capteur considéré, on utilise comme procédé de calibration du capteur un piège à lumière (absence d'éclairage et fermeture de la zone de mesure et de la zone de référence interne pour mettre dans le noir l'intérieur du boîtier pour la calibration en bruit de fond du premier et du second capteurs) ce qui permet de mesurer le bruit de fond NOIRCAL1 du capteur considéré. On mesure ensuite un étalon blanc absolu de réflectance WHITECAL connue pour que le maximum d'énergie mesurée soit mis en relation avec la valeur de réflectance connue de cet étalon. Ce maximum est obtenue en augmentant le temps d'intégration jusqu'au début de saturation du capteur CCD et en prenant un temps d'intégration/de mesure t1 qui est un peu inférieur à celui du début de saturation et qui donne une mesure C1 pour la réflectance WHITECAL connue. On stocke lors de cette calibration les valeurs du bruit de fond NOIRCAL1 , de la mesure C1 du blanc étalon avec son temps d'intégration t1 et la réflectance correspondante WHITECAL
On cherche à corriger les mesures du Blanc, du Noir, de l'Echantillon et le noir d'Echantillon. On doit donc d'abord contrôler les temps d'intégration du premier capteur de la zone de mesure et du second capteur de la zone de référence.
Soit B = Blanc étalon illuminé par la source lumineuse d'éclairage considérée.
On estime en temps réel le noir sur les premiers pixels non éclairés, la source lumineuse d'éclairage considérée étant éteinte.
N=Noir illuminé par la source lumineuse d'éclairage considérée.
Noir c'est la mesure du bruit de fond Lampe éteinte.
E=Echantillon illuminé par la source lumineuse d'éclairage considérée.
NE=Noir Echantillon illuminé par la source lumineuse d'éclairage considérée.
Le calcul de l'optimum du temps d'intégration (= Tl) lors de cette calibration s'effectue de la manière suivante :
Choix du temps d'intégration en fonction de la valeur mesurée, le temps d'intégration utilisé pour le Blanc et le noir peut être différent de celui pour l'Echantillon et du Noir Echantillon.
1 -soit Tlmesure = TICaiibration- Pour ce choix il ne faut pas que le premier détecteur soit saturé lors de la mesure de l'échantillon. Dans le cas d'espèce, le signal de mesure ne doit pas atteindre 2*14 soit 16384 points. En outre le signal ne doit pas être trop faible non plus, cependant on a l'option de gestion des Tl sur les échantillons sombres où le signal mesuré est supérieur à 13000 points.
2-S0it Tlmesure différent de Tlcaiibration-
Tlcaiibration est choisi de telle sorte que pour le blanc on ait un signal mesuré situé entre 13000 et 13500 points.
Pour déterminer Tl caiibration on part d'une valeur de temps d'intégration de 1400 ms et si le signal du blanc de référence interne mesuré par le second capteur optique est inférieur à 13500 points on fait TlsuiVant = Tlprécédent * 13500 / signal maximal mesuré sur l'étalon blanc par le premier capteur et si le signal mesuré est supérieur à 13500 points, on fait TlsuiVant = Tlprécédent / 10 et dans les deux cas on boucle itérativement jusqu'à ce que la mesure du blanc de référence interne soit compris entre 13000 et 13500 points et on garde le Tl correspondant comme étant le Tlcaiibration-
On détermine ainsi un TICaiibration de calibration différent pour chaque angle de mesure.
On aura un Tlmesure différent de TICaiibration si le signal sur l'échantillon est inférieur à 1000 points (Echantillon très sombre) ou supérieur à 16384 points (Echantillon très spéculaire ou fluorescent). On adapte alors Tlmesure avec le même algorithme que celui précédent pour TICaiibration afin d'avoir : 13000 points < signal mesuré maximum de l'échantillon < 13500 points.
Le système d'analyse se décompose comme suit :
Quand la source lumineuse choisie s'allume, il se produit une variation d'énergie à chaque allumage et chaque extinction, la source lumineuse va éclairer lors de la calibration avec l'étalon noir absolu et l'étalon blanc absolu disposés dans la zone de mesure également une petite plaque blanche située physiquement à côté de la zone de mesure et qui est dans la zone de référence interne. Le second capteur optique mesure en temps réel et simultanément au premier capteur optique cette zone de référence interne. On obtient alors une courbe spectrale analogique de la zone de référence interne qui est stockée tout comme les courbes spectrales analogiques du noir et du blanc étalons absolus de la zone de mesure et que l'on a donc simultanément mesurés lors de cette calibration.
On a donc pour chaque étalon absolu une mesure spectrale analogique et la courbe spectrale analogique de la référence interne relative, outre la valeur du bruit de fond des deux capteurs (mesures effectuées source lumineuse éteinte). Ces six courbes et valeurs sont stockées.
On connaît donc pour l'étalon noir et l'étalon blanc absolus la variation sur la plaque de référence interne relative due au bruit de fond et à la variation d'éclairage de la source lumineuse considérée. On va par une règle de trois compenser la variation analogique sur la mesure de l'étalon noir et la mesure de l'étalon blanc : on soustrait d'abord à chaque mesure (celle de l'étalon noir et de l'étalon blanc absolus le bruit de fond (déterminé source lumineuse éteinte),
On a aussi stocké précédemment la valeur de réflectance du noir Réf(Blanc) absolu, la réflectance du Blanc Réf(Blanc) absolu et les temps d'intégration correspondant pour tous les angles de mesure du cycle choisi.
Si on mesure un Echantillon quelconque on peut donc maintenant calculer sa réflectance par le calcul suivant :
Réf(Echantillon) = ( ((E-NE)/(B-N)) * (ΤΊ caution / TIMesure) * (Réf(Blanc) - Réf(noir)) ) + Réf(Noir)
Pour une série de mesures de teinte à effets par le premier capteur optique, on effectue une mesure simultanée de la teinte à effets et de l'étalon blanc relatif de la zone de référence interne par le second capteur optique afin de pouvoir compenser les dérives instrumentales. On rappelle en effet que le premier capteur optique qui est mobile pour ses mesures optiques est destiné à des mesures sur la zone de mesure. Le second capteur optique qui est fixe pour ses mesures optiques est destiné à des mesures sur la zone de référence interne. Enfin, la zone de mesure et la zone de référence interne sont éclairées toutes les deux ensemble par une à la fois des deux sources lumineuses d'éclairage, et de préférence, par celle à 0 ° .
Afin de mieux visualiser les positions respectives des deux axes optiques de mesure, le premier celui lD mobile du premier capteur et le second celui lE fixe à -22,5 ° du second capteur, ainsi que des deux axesd'éclairage des deux sources S0° et S-45°, celui l0° à 0 ° et celui L45° à -45 ° , un schéma simplifié est fourni sur la figure 5. On a supposé dans cet exemple que le plan PM portant la zone de mesure 14 est horizontal. La zone de mesure 14 est sensiblement centrée en un point O d'origine d'un axe référentiel vertical Y, d'un axe référentiel horizontal avant-arrière X et d'un axe référentiel horizontal latéral Z. Les axes d'éclairage l0° l-45°et les axes de mesure lD I E passent par le point O d'origine. Le plan de balayage PB est porté par les axes référentiels Y et Z et est donc perpendiculaire à l'axe référentiel X. La source lumineuse d'éclairage 1 2, S0°, qui est à 0 ° d'angle d'éclairage fixe est le long de l'axe référentiel vertical Y et donc dans le plan de balayage PB. La source lumineuse d'éclairage 1 1 , S-45°, qui est à -45 ° d'angle d'éclairage a fixe est dans le plan de balayage PB. Le premier axe optique de mesure lD d'angle de mesure variable β est dans le plan de balayage PB. La lame semi-transparente 1 7 mobile porté par la platine 9 mobile coupe le plan de balayage PB lors de ses déplacement afin de défléchir le premier chemin optique à l'air libre de la première interface avec collimateur 1 5 et d'amener le premier axe optique de mesure lD dans le plan de balayage PB. Une lame semi-transparente est mise en œuvre afin que l'éclairage de la zone de mesure soit assuré lorsque l'angle de mesure variable β est à 0 ° ou voisin, donc le premier axe optique de mesure lD superposé à l'axe d'éclairage l0° de la source lumineuse 12, S0, et aussi lorsque l'angle de mesure variable β est à -45 ° ou voisin, donc le premier axe optique de mesure lD superposé à l'axe d'éclairage l-45° de la source lumineuse 1 1 , S-45°. La première interface avec collimateur 15 se déplace d'une manière solidaire à la lame semi-transparente et dans un plan PB' parallèle au plan de balayage PB et en arrière de ce dernier dans le boîtier. La seconde interface avec collimateur 13 fixe de second axe optique de mesure lE à -22,5° du second capteur est en dehors du plan de balayage PB, à l'avant de ce dernier dans le boîtier, et a un second axe optique de mesure lE qui est incliné du haut et l'avant vers le bas et l'arrière en coupant la zone de mesure décalé de 2 cm.
On peut noter que sur les figures 1 à 4, l'interface mobile avec collimateur 15 est positionnée de manière à ce que l'axe de mesure lD soit à un angle de mesure β = 0° et soit donc superposé à l'axe d'éclairage b° de la source lumineuse 12, S0.
Pour l'interface utilisateur 4, un écran graphique couleur TFT 4,3" VGA comportant une dalle tactile résistive analogique 4 fils et la carte de pilotage VGA ad-hoc permettent un affichage d'informations et de données ainsi que la saisie de données et/ou de commandes.
Afin de pouvoir vérifier que les mesures s'effectuent sur un échantillon correctement placé sur la zone de mesure, une visualisation de la zone de mesure est mise en œuvre par une caméra couleur 16 USB, de préférence une « WebCam ». Les images de la caméra peuvent être visualisées sur l'écran graphique 4.
Dans des versions évoluées, au moins une liaison filaire par ex. USB ou sans fil par ex. WiFi® est/sont mises en œuvre pour communiquer avec un équipement informatique externe distinct, notamment un microordinateur ou un serveur local ou distant.
Un ensemble de circuits d'interface interne, de préférence sous forme d'une carte électronique, permet le contrôle et la commande, c'est-à-dire le pilotage et/ou la gestion, des organes électriques et électroniques essentiellement internes du boîtier. Parmi ces circuits d'interface interne, on peut notamment citer les suivants.
Un circuit d'alimentation électrique permettant le fonctionnement du boîtier avec un bloc d'alimentation externe ou une batterie LiPo intégrée. Un circuit de gestion de la charge de la batterie. Un circuit d'alimentation électrique fournissant les tensions nécessaires avec notamment un élévateur de tension à découpage avec sortie +12V et de rendement élevé, (rendement > 85%). Ces circuits assurent une protection contre les inversions de polarité et les surintensités, notamment par fusibles. Un circuit d'interface avec la dalle tactile résistive analogique avec communication l2C BUS®. Circuit de gestion d'un servomoteur à encodeur de position de résolution 12 bits par tour et servant à déplacer angulairement la première interface mobile avec collimateur 15 à l'extrémité de la fibre optique du premier capteur optique. Un circuit de gestion d'alimentation de huit DEL alimentées à courant constant et avec communication l2C BUS®. Un circuit de commande d'un avertisseur sonore de type « buzzer ». Un circuit de gestion de la consommation par mise en marche, en arrêt, voire mise en veille, sous la commande d'un bouton à contact momentané, voire d'une temporisation d'inactivité. Un circuit de gestion d'un connecteur vidéo VGA SUBD15 points permettant la connexion à un écran externe au boîtier.
Grâce à la simplicité du système et à sa faible consommation, on peut réaliser un boîtier 1 portable comportant une poignée 3 de transport. Le boîtier est prévu pour être utilisé en mode autonome sur batterie. Aucune pièce en mouvement du système n'est accessible directement par l'utilisateur, elles sont protégées des accès par les parois du boîtier réalisées en tôlerie métallique. Les faces intérieures des parois du boîtier, en particulier dans la partie 6 où s'effectuent les mesures, sont de couleur noir mat afin d'éviter d'éventuelles réflexions qui pourraient perturber les mesures.
Grâce à une méthode de calcul pour caractérisation optique, dans un équipement informatique distinct, notamment un microordinateur ou un serveur distant, il est possible de produire, à partir des mesures produites par le boîtier, des paramètres caractérisant optiquement l'échantillon mesuré. Cette méthode de caractérisation des effets optiques permet de produire des résultats basés sur trois paramètres qui sont fonction de la concentration de chacun des matériaux possibles d'une composition de teinte à effets. Ces trois paramètres, dénommés Oméga, Tau, et Sigma, peuvent s'additionner entre les différents matériaux, en fonction de leurs concentrations respectives, afin de produire des valeurs permettant de caractériser optiquement la composition dans sa globalité. Du fait de cette additivité de chacun des trois paramètres, il est possible de comparer des échantillons différents simplement et d'une manière homogène. Il est même possible de constituer ou reconstituer une teinte à effets à partir de valeurs des trois paramètres sans même avoir besoin matériellement de la teinte à effets et donc de la mesurer si on connaît les valeurs de ses paramètres de caractérisation. Il est également possible de calculer les paramètres d'une composition de teinte à effets connaissant les constituants et leurs proportions respectives de ladite composition.
Dans une modalité de mise en œuvre particulière de la caractérisation, le procédé de calcul est exécuté à distance dans un serveur propriétaire, les mesures étant envoyées vers le serveur par l'intermédiaire d'un réseau informatique, notamment par INTERNET ou par une messagerie au sein d'un courriel, et traitées, les résultats sous forme des paramètres ou d'une composition étant renvoyés au boîtier ayant envoyé les mesures. Cette solution évite la dissémination de la méthode de caractérisation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système pour mesures optiques d'une surface d'une couche d'une composition de teinte à effets, le système comportant au moins une source lumineuse d'éclairage (1 1 , 1 2) et au moins un capteur optique (7, 1 5, 22, 1 3), ladite au moins une source lumineuse d'éclairage (1 1 , 1 2) produisant le long d'un axe d'éclairage (l0°, 1.45°) un faisceau d'éclairage collimaté éclairant une zone de mesure (14) de la surface de la couche, ladite zone de mesure (14) étant centrée sur un centre (O) correspondant au croisement de l'axe d'éclairage avec la surface de la couche de teinte à effets, ledit au moins un capteur optique (7, 1 5, 22, 13) ayant un axe optique (lD) de mesure pouvant se déplacer angulairement (β) au-dessus de la zone de mesure, en arc de cercle de rayon déterminé et dans un plan de balayage (PB), le rayon portant l'axe optique de mesure ayant son centre sur le centre (O) de la zone de mesure,
caractérisé en ce qu'il comporte deux sources lumineuses (1 2 S0°, 1 1 S-45°) fixes permettant d'éclairer la zone de mesure selon deux angles d'éclairage déterminés, un premier angle d'éclairage nul, 0 ° , e premier axe d'éclairage (l0°) correspondant étant alors perpendiculaire à la surface au centre (O) de la zone de mesure, et un second angle d'éclairage (a) sensiblement à -45 ° de l'angle nul, le second axe d'éclairage (l-45°) correspondant étant alors incliné de -45 ° par rapport au premier axe d'éclairage (l0°), lesdites deux sources lumineuses (1 2 S0°, 1 1 S. 45°) et leurs angles d'éclairage et axes d'éclairage correspondants étant dans le plan de balayage (PB), les deux sources lumineuses (1 2 S0°, 1 1 S-45°) fi es étant disposées respectivement à 0 ° (1 2) et -45 ° (1 1 ) dais le plan de balayage pour des éclairages directs de la zone de mesure, et
en ce qu'il comporte un premier capteur optique (7, 1 5) ayant un premier axe optique (lD) de mesure pouvant se déplacer angulairement (β) dans le plan de balayage (PB) et le déplacement angulaire du premier axe optique de mesure (lD) est compris entre -65 ° et +65 ° d'angle de mesure β) de part et d'autre du premier axe d'éclairage (l0°),
ledit système comportant en outre un dispositif de contrôle et de commande configuré pour permettre de commander l'allumage d'une seule des deux sources lumineuses (1 2 S0°, 1 1 S-45°) à la fois pendant les mesures optiques et permettant de produire des mesures optiques selon des valeurs d'angle de mesure (β) déterminées pour une source lumineuse donnée et donc pour un angle d'éclairage donné, et
en ce que le dispositif de contrôle et de commande est en outre configuré afin que les mesures optiques soient effectuées pour un ensemble d'au moins cinq valeurs d'angle de mesure (β) déterminées, le nombre de valeurs d'angle de mesure (β) étant un chiffre impair, une des valeurs étant nulle et correspondant à un angle de mesure nul, le premier axe optique de mesure (lD) étant alors confondu avec le premier axe d'éclairage (l0°), et les autres valeurs d'angle de mesure étant par paires de valeurs d'angle de mesure, les deux valeurs chaque paire étant de même valeur absolue mais de signes contraires, les deux premiers axes optiques de mesure correspondants étant disposés symétriquement de part et d'autre premier axe d'éclairage (l0°).
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier capteur optique (7, 15) comporte un premier spectromètre fixe (7) recevant une information lumineuse provenant de la zone de mesure (14) par l'intermédiaire d'un premier chemin optique, ledit premier chemin optique comportant :
- d'une part, une partie guidée constituée d'un premier guide de lumière souple à deux extrémités opposées, ledit premier guide de lumière étant étendu entre, à sa première extrémité, ledit premier spectromètre fixe et, à sa seconde extrémité, une première interface (15) avec l'air libre, ladite première interface ayant un axe optique sensiblement perpendiculaire au plan de balayage (PB) et étant mobile sur un arc de cercle porté par un plan parallèle au plan de balayage, et
- d'autre part, une partie à l'air libre portée par au moins une partie du premier axe optique de mesure (lD), ledit premier axe optique de mesure (lD) traversant une lame semi-transparente (17), ladite lame semi-transparente (17) défléchissant au moins en partie ladite partie à l'air libre dudit premier chemin optique pour transmission à la première interface mobile (15), ladite lame semi- transparente (17) suivant les déplacements de la première interface mobile (15).
3. Système selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier capteur optique (7, 15) comporte un spectromètre à détecteur à transfert de charge (« CCD ») assurant chaque mesure par des intégrations photoniques pendant un temps de mesure déterminé, et en ce que le dispositif de contrôle et de commande est configuré pour modifier chaque temps de mesure en fonction de l'angle de mesure, ledit temps de mesure étant augmenté pour des valeurs absolues d'angle de mesure augmentant et inversement ledit temps de mesure étant diminué pour des valeurs absolues d'angle de mesure diminuant et étant minimum pour une valeur d'angle de mesure nul.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de référence interne adjacente à la zone de mesure, ladite zone de référence interne comportant un étalon blanc relatif, chaque source lumineuse pouvant éclairer à la fois la zone de référence interne (20) et la zone de mesure (14) avec son faisceau d'éclairage et en ce que le système comporte en outre un second capteur optique fixe (22, 13) destiné à des mesures optiques de la seule zone de référence interne, le premier capteur optique (7, 15) étant destiné à la seule mesure de la zone de mesure.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second capteur optique fixe comporte un second axe optique (lE) de mesure fixe incliné de manière à ce que sa projection orthogonale sur le plan de balayage PB forme un axe sensiblement à -22,5° par rapport au premier axe d'éclairage l0°, et en ce que le second capteur optique comporte un second spectromètre fixe recevant une information lumineuse provenant de la zone de référence interne (20) par l'intermédiaire d'un second chemin optique, ledit second chemin optique comportant, d'une part, une partie à l'air libre porté par au moins une partie du second axe optique (lE) de mesure fixe et, d'autre part, une partie guidée constituée d'un second guide de lumière souple à deux extrémités opposées, le second guide de lumière étant étendu entre, à sa première extrémité, ledit second spectromètre fixe et, à sa seconde extrémité, une seconde interface (13) avec l'air libre fixe et dans l'axe du second axe de mesure (lE).
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est disposé dans un boîtier portable (1 ) et qu'il comporte une source d'alimentation électrique autonome du type batterie rechargeable ainsi qu'une interface d'entrée/sortie utilisateur (4) sous forme d'un écran couleur à cristaux liquides et d'une dalle tactile.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de composition de teinte à effets est sur une plaque support plane (20), ladite plaque support ayant deux parties de sa surface contrastées entre elles et séparées le long d'une ligne de partage du contraste.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une caméra vidéo (16) permettant de visualiser au moins la zone de mesure (14).
9. Procédé de mise en œuvre d'un système pour mesures optiques d'une surface d'une couche d'une composition de teinte à effets, caractérisé en ce qu'on utilise un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et en ce qu'on effectue des mesures optiques de la couche de la composition de teinte à effets disposée dans une zone de mesure, avec un premier capteur optique, et selon un ensemble d'au moins cinq valeurs d'angle de mesure (β) déterminées et en ayant choisi un éclairage de ladite couche par une de deux sources lumineuses d'éclairage (1 1 , 12) disposées respectivement à 0° et -45° , le nombre de valeurs d'angle de mesure (β) de l'ensemble étant un chiffre impair, une des valeurs étant nulle et correspondant à un angle de mesure nul et les autres valeurs d'angle de mesure étant par paires de valeurs d'angle de mesure, les deux valeurs chaque paire étant de même valeur absolue mais de signes contraires.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on met en œuvre une zone de référence interne adjacente à la zone de mesure, ladite zone de référence interne comportant un étalon blanc relatif, chaque source lumineuse pouvant éclairer à la fois la zone de référence interne (20) et la zone de mesure (14) avec son faisceau d'éclairage et en ce qu'on met en œuvre en outre un second capteur optique fixe (22, 13) destiné à des mesures optiques de la seule zone de référence interne, le premier capteur optique (7, 15) étant destiné à la seule mesure de la zone de mesure.
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