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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 7 600 − 1 Contrôle de production par vision linéaire par Jack-Gérard POSTAIRE Ingénieur de l’École Centrale de Lille Professeur à l’Université des Sciences et Technologies de Lille a recherche de la qualité est l’un des objectifs prioritaires des systèmes de production. Cette exigence incontournable a contribué à étendre rapide- ment le champ d’application de la vision artiﬁcielle qui apporte aujourd’hui une ﬁabilité accrue aux processus de fabrication. Il peut cependant paraître étonnant que l’inspection visuelle des produits industriels n’ait été automatisée que beaucoup plus lentement que de nombreu- ses tâches qui nécessitaient pourtant la mise en œuvre d’équipements nette- ment plus lourds et complexes que des systèmes de vision. En fait, les tâches d’inspection nécessitent souvent des capacités de raisonnement et une certaine ﬂexibilité qui ont longtemps constitué un frein à leur automatisation. Aujourd’hui encore, malgré la grande effervescence qui règne dans le domaine 1. Généralités.................................................................................................. R 7 600 - 2 1.1 Déﬁnition de l’inspection............................................................................. — 2 1.2 Différents types d’inspection....................................................................... — 2 1.3 Enjeux de l’inspection automatique ........................................................... — 3 1.4 Analyse de faisabilité ................................................................................... — 4 2. Choix de la caméra................................................................................... — 4 2.1 Principe de fonctionnement ........................................................................ — 4 2.2 Critères de performance .............................................................................. — 5 2.3 Comment utiliser une caméra linéaire ?..................................................... — 6 2.4 Comment choisir une caméra linéaire ?..................................................... — 6 3. Choix du dispositif d’éclairage............................................................. — 7 3.1. Géométrie du système d’éclairage ............................................................. — 8 3.2 Choix des sources lumineuses.................................................................... — 8 4. Choix de l’architecture informatique.................................................. — 9 4.1 Différents types d’architectures .................................................................. — 9 4.2 Fonctionnalités des cartes d’interface ........................................................ — 9 4.3 Choix d’un standard de bus et d’une architecture..................................... — 11 5. Exemple d’application de la vision linéaire....................................... — 11 5.1 Inspection automatique dans les ateliers de tissage................................. — 11 5.2 Architecture générale du système de vision.............................................. — 12 5.3 Contraintes d’une inspection implicite....................................................... — 12 5.4 Principe de la segmentation des images.................................................... — 12 5.5 Analyse des données multidimensionnelles ............................................. — 13 5.6 Segmentation automatique non supervisée.............................................. — 14 6. Conclusion.................................................................................................. — 14 Références bibliographiques.......................................................................... — 15 L CONTRÔLE DE PRODUCTION PAR VISION LINÉAIRE ___________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. R 7 600 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle de la recherche en vision artiﬁcielle, aucun constructeur de matériel ne peut se vanter de proposer un système universel, capable de répondre rapidement aux exigences des très nombreuses tâches d’inspection qui mériteraient d’être auto- matisées. Parmi les systèmes d’inspection automatique actuellement opérationnels, cer- tains ont été mis au point rapidement et sans rencontrer de grandes difﬁcultés alors que d’autres n’ont pu être réalisés qu’au prix de gros efforts de recherche et de développement. Cet article est destiné à clariﬁer les enjeux de l’automatisation des tâches d’ins- pection et de contrôle visuels et à donner au non spécialiste des éléments de réﬂexion qui lui permettront d’évaluer la faisabilité d’une telle automatisation en fonction des contraintes technologiques et du contexte économique de la pro- duction. Une attention particulière est portée aux systèmes de vision linéaire qui se démarquent des systèmes classiques à base de caméras matricielles par leur niveau de performance élevé et leurs grandes possibilités d’adaptation à des environnements contraignants. Du fait que la caméra enregistre des images lignes, le balayage doit être assuré soit par le déﬁlement du produit à inspecter, soit par le déplacement de la caméra. 1. Généralités 1.1 Déﬁnition de l’inspection Inspecter un produit consiste à déterminer s’il répond à un certain nombre de spéciﬁcations. Inspecter revient souvent à vériﬁer si un assemblage a été correctement réalisé, si les dimensions d’un arti- cle sont respectées ou si son aspect extérieur est satisfaisant. L’inspection se différencie donc des tests proprement dits qui nécessitent une action directe sur le produit. Elle se distingue aussi de la tâche d’identiﬁcation ou de reconnaissance, car, en général, le produit inspecté est connu a priori. Enﬁn, l’inspection par vision arti- ﬁcielle ne présente aucun lien direct avec les procédures de localisa- tion et de guidage qui sont dédiées à des techniques de contrôle des équipements robotisés. Souvent, les défauts à détecter au cours des tâches d’inspection sont connus à l’avance car les produits examinés et leurs défaillan- ces éventuelles sont parfaitement identiﬁés. Par exemple, la pré- sence d’un bouchon sur une bouteille ou d’une étiquette sur un emballage, l’intégrité d’un afﬁcheur à cristaux liquides, sont des élé- ments qui peuvent être identiﬁés par référence à un modèle. On parle alors d’inspection explicite [1]. Mais il arrive que les défauts recherchés soient mal déﬁnis ou qu’ils soient même imprévisibles. L’aspect visuel d’un état de sur- face, d’une déchirure, d’une ﬁssure ou d’une tache sont difﬁcilement prévisibles. L’opérateur humain est très performant pour détecter ces types de défauts qui ne peuvent être décrits a priori par des paramètres explicites. Il s’agit donc d’une inspection implicite [1] dont l’automatisation est souvent difﬁcile et qui ouvre la porte d’un domaine de recherche actif sur lequel nous reviendrons dans la suite de cet article [2]. 1.2 Différents types d’inspection Aﬁn de clariﬁer le concept d’inspection, on peut tenter de classer les applications en fonction des types de production auxquelles elles sont attachées. Une approche plus structurante consiste à les classer en fonction du type de décision qui est recherché. I Inspection en réception L’inspection en réception concerne l’examen de pièces ou de matériaux utilisés pour élaborer des produits [3]. Il s’agit de détermi- ner si leur qualité correspond aux exigences requises pour la fabri- cation. À ce stade, il importe de détecter des défauts, sinon d’en identiﬁer la nature et d’évaluer leur gravité. Une inspection systéma- tique de tous les ﬂux de matière et de pièces à l’entrée d’un procédé de fabrication permet d’augmenter la ﬁabilité de la production et la productivité. En effet, le rejet des éléments défectueux évite des pannes de machines, des arrêts intempestifs et assure une meilleure qualité des produits ﬁnis. I Inspection en cours de fabrication L’inspection en cours de fabrication permet de contrôler le fonc- tionnement de l’appareil de production [4]. L’intégration de la vision artiﬁcielle dans une chaîne de fabrication permet de détecter très rapidement tout dysfonctionnement et de réagir rapidement à tout incident pouvant survenir en cours de production, limitant ainsi les pertes de temps, d’énergie et de matière [5]. En général, on installe des systèmes de vision à différents stades du procédé de fabrication de telle sorte qu’un produit non conforme à une étape de sa fabrication ne soit pas introduit dans les étapes ultérieures. Comme pour l’inspection en réception, cette stratégie d’intégra- tion de contrôles visuels en cours de fabrication contribue à limiter les arrêts de production dus à des pannes matérielles. De plus, le rejet d’une pièce constitutive d’un produit entraîne une perte bien inférieure à celle résultant du déclassement ou du rejet du produit ﬁni intégrant cette pièce. I Inspection des produits finis Traditionnellement, la majorité des procédures d’inspection por- tent sur le produit ﬁni car l’inspection systématique des produits éla- borés, juste avant leur livraison chez le client, constitue une étape Exemple : ainsi, la détection d’un défaut de tissage sur une pièce entrant dans la confection d’un pantalon avant l’assemblage ﬁnal entraînera une perte environ 100 fois moindre que si le défaut est détecté sur l’article ﬁni. ___________________________________________________________________________________________ CONTRÔLE DE PRODUCTION PAR VISION LINÉAIRE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 7 600 − 3 clé vers la maîtrise de la qualité [6]. Ne quittent alors l’entreprise que des produits répondant aux exigences de qualité ﬁxées par le client, ou des produits dont la qualité est évaluée de manière objective [7]. Ainsi, la possibilité de répartir les articles en plusieurs catégories, du type « premier choix », « second choix », « rejeté », permet d’envi- sager un nouveau type de relations clients-fournisseurs, basées sur une conﬁance accrue résultant d’une évaluation rigoureuse et objec- tive de la valeur des biens échangés. À ce dernier stade du procédé de fabrication, on distingue l’ins- pection qualitative, qui s’attache à examiner des états de surface, la présence de défauts d’aspect ou d’intégrité, de l’inspection quantita- tive qui consiste à mesurer des paramètres dimensionnels ou pho- tométriques [8]. La ﬁgure 1 schématise les trois types d’inspection pouvant être intégrés à un procédé de fabrication. 1.3 Enjeux de l’inspection automatique Dans le milieu industriel, les tâches d’inspection sont très souvent réalisées par sondage [9]. On suppose que les résultats des contrô- les effectués sur un échantillon réduit peuvent être extrapolés à l’ensemble de la production. Pour justiﬁer cette démarche, il a été montré que l’inspection par sondage peut se révéler plus ﬁable qu’une inspection exhaustive de toute la production. Ce résultat paradoxal s’explique en partie par les effets néfastes de la fatigue et de la monotonie du travail sur les opérateurs. Leurs uploads/Industriel/ controle-de-production-par-vision-lineaire.pdf