Applications de vision - Exemples d'application dans de nombreuses industries

La vision industrielle côté pratique

Exemples d'application et références clients

Inspection de films en temps réel, avec des vitesses jusqu'à 1200 m/min

novembre 2016

Basée à Witten en Allemagne, la société OCS GmbH compte parmi les plus grands fabricants mondiaux de machines d'inspection de films intégrées à la production. Ces systèmes modulables abritent jusqu'à dix caméras juxtaposées et permettent des vitesses de production jusqu'à 1200 mètres par minute. Sur le plan optique, ce système utilise des composants de vision de STEMMER IMAGING.

D'épaisseurs et de couleurs très variées, de transparents à opaques, structurés ou revêtus, les films plastiques sont présents dans quasiment tous les domaines de la vie et secteurs industriels. Les applications vont des écrans plats, des écrans de portables, des blisters de comprimés pharmaceutiques ou des emballages alimentaires, jusqu'aux couches pour bébés.

Les films plastiques sont produits dans le monde entier, 24 heures sur 24, au sein d'immenses installations de production. La qualité des films dépend de nombreux paramètres. Le contrôle et l'assurance de la qualité en cours de production ont ainsi un grand impact sur la qualité du produit final.

Il existe différentes normes en relation à la qualité des films plastiques. Les fabricants et les utilisateurs conviennent au cas par cas des exigences spécifiques posées à ces films. Le type et le nombre d'erreurs admissibles se reflètent obligatoirement sur le coût de la production et donc en fin de compte sur le prix du film.

« Pour simplifier, personne n'aime voir des insectes enfermés dans l'emballage sous vide de fromage en tranches, un écran TFT ne devrait présenter aucune zone trouble et des trous dans l'isolation de câbles ne sont en aucun cas tolérés », explique Mendo Gusevski. Il est chef de projet au sein de l'entreprise OCS qui s'est spécialisée dans l'assurance de la qualité optique des polymères et des films produits à partir de ceux-ci ; l'entreprise fait partie des trois leaders mondiaux dans ce secteur.

La plage de mesure des défauts sur les films extrudés dépend souvent de leur utilisation prévue :

  • Les films pour emballages (PET) nécessitent la détection fiable de défauts dont la dimension va de 150 à 500 μm.
  • Pour les films techniques, l'ordre de grandeur des défauts se situe entre 50 et 200 μm.
  • Elle est de 60 à 160 μm pour les films de protection de surface
  • Les films dotés de propriétés optiques spéciales peuvent imposer une taille de défaut ne dépassant pas 25 à 100 μm.

Les erreurs surviennent lors du processus d'extrusion et peuvent être dues à un matériau incorrectement fondu (les fameux grumeaux ou des traces de brûlure), à des yeux-de-poisson, des zones plus fines, des trous, des stries, des fines lignes d'écoulement ou tout simplement à des salissures. La question de savoir si une inhomogénéité du film doit être considérée comme un défaut au sens de l'assurance de la qualité, ne trouve réponse que si on considère l'utilisation future du film. Sans système de vision, il est impossible de détecter toutes ces erreurs étant donné la vitesse exigée.

En collaboration avec STEMMER IMAGING, OCS a développé au fil des ans un système d'inspection évolutif et modulable au sein duquel un maximum de dix caméras fonctionne l'une à côté de l'autre. Dans la pratique, la plupart des applications utilisent des systèmes avec deux caméras pour inspecter des films d'une largeur entre 1500 et 2000 mm.

La résolution possible est déterminée non seulement par la taille de capteur de maximum 8192 pixels (8k) pour la caméra linéaire, mais également par la distance de la caméra. Ainsi, les films destinés à l'industrie de l'emballage ne nécessitent en général pas de résolution supérieure à 150 à 200 μm, ce qui correspond à la mise en œuvre d'une caméra par mètre de largeur du film. Les films techniques sont inspectés moyennant une résolution deux à trois fois supérieure et nécessitent ainsi un nombre plus élevé de caméras.

Ce n'est donc pas le nombre de pixels qui constitue à lui-seul le critère-clé. Dans les caméras 8k, les éléments de capteur sont plus petits et par conséquent moins sensibles à la lumière. Dans le cas de matériaux moins translucides, il est plus judicieux d'opter pour des caméras 4k avec un plus grand diamètre de capteur. Cette simple considération montre que les constructeurs d'installation doivent disposer d'une grande expérience pour transposer de manière optimale les exigences techniques et les coûts.

Chaque caméra est dotée de sa propre carte d'acquisition d'image

Pour venir à bout en temps réel du nombre de données d'image générées avec des vitesses de production jusqu'à 1200 mètres par minute, chaque caméra dispose de sa propre carte d'acquisition d'image. La caméra et la carte d'acquisition d'image sont logées dans un boîtier commun sur la machine. Ces stations de travail offrent toute la modularité requise ainsi que des brefs trajets de signal entre la caméra et la carte d'acquisition d'image. Les ventilateurs de refroidissement intégrés génèrent une légère surpression et empêchent l'accumulation sur l'objectif de poussières dues à la production. Dans des environnements rudes ou particulièrement sales, on utilise des boîtiers hermétiques qui doivent être refroidis par le biais d'un circuit séparé d'air de balayage exempt de poussières et d'humidité.

Pour l'inspection des films, OCS et STEMMER IMAGING se sont mis d'accord sur une série de normes internes pour les caméras, les câbles et l'éclairage. Cette collaboration a débouché sur des versions spéciales de firmware pour les caméras JAI et Teledyne Dalsa, ainsi que pour les cartes d'acquisition d'image de Teledyne Dalsa. Il est ainsi possible de réaliser quelque 90 % des applications.

Depuis quelques années déjà, STEMMER IMAGING a quitté son rôle de simple distributeur. « Afin d'aider au maximum nos clients, nous avons misé sur le développement de nos compétences doublé d'un profond savoir-faire », explique Georg Schelle qui, en sa qualité de Senior Key Account Manager, s'occupe de longue date du suivi d'OCS. *« Au lieu de fournir un kit défini de composants, nous élaborons de plus en plus fréquemment des modules pré-assemblés qui ont au préalable fait l'objet d'une concertation minutieuse avec le client, lui permettant de gagner du temps lors de l'intégration dans les installations. Dans le cas d'OCS et en raison du haut degré de complexité des applications de film, ces modules abritent, en plus des simples composants, des modules optiques dotées de lentilles de Qioptiq et de filtres de Schneider Kreuznach ou de Midwest Optical Systems. Cette méthode permet de réduire les délais de livraison, d'accroître la sécurité fonctionnelle des installations et d'abaisser en fin de compte les coûts pour nos clients. »*

Éclairage spécifique au client

Les rangées de LED des installations d'inspection de films d'OCS présentent une longueur entre 100 et 3600 mm, elles sont fabriquées par CCS - fournisseur de STEMMER IMAGING au Japon - dans le strict respect des spécificités du client. Le design actuel repose sur un produit standard éprouvé qui a été constamment optimisé pour répondre aux nombreuses exigences effectives des clients. « Ceci se traduit par exemple par l'homogénéité de la puissance de la lumière LED, par les propriétés du diffuseur sur les trois axes, par le système de connecteur et le concept de maintenance, ainsi que par le degré de protection IP54 », explique M. Schelle. « Nous livrons en fait une plateforme modulaire pour les solutions d'OCS, celle-ci a été développée en commun pendant notre longue coopération et peut s'adapter aux applications concrètes. »

La rangée de LED développée avec soin est protégée contre les salissures et les rayures par un cache résistant et remplaçable, étant donné que les films encore très épais en début de production peuvent s'affaisser et ainsi causer une usure prématurée. Un diffuseur ayant faire l'objet d'un traitement antistatique est directement installé sous ce cache de protection. Ce diffuseur détermine la répartition de la lumière le long de la ligne de mesure ainsi que l'homogénéité de la répartition de la lumière le long de la rangée de LED.

Faire le bon choix pour l’angle d’entrée de la lumière est tout simplement essentiel afin d’optimiser le processus de contrôle. Plus la bande de lumière est étroite, plus le contraste pour certains défauts est élevé. Pour les films présentant de nombreux grumeaux qui ne posent pas de problèmes au niveau des emballages, il suffit d'appliquer un éclairage moins contrasté. Par contre, un contraste élevé est avantageux pour la détection de traces de brûlures ou de salissures.

Le diffuseur joue également un rôle important lors du contrôle des films structurés. Un éclairage adapté permet d’atténuer significativement les signaux structurels et ainsi de détecter plus aisément les défauts. Une lumière colorée ou UV peut également être utilisée, ainsi qu’une lumière infrarouge pour les films ou revêtements sensibles à la lumière.

Centre interne de tests et de formations

En fonction de l’application, une option supplémentaire est donnée par différentes variantes d’éclairage : lumière transmise ou lumière incidente, champ clair ou champ sombre. Au sein de son propre centre d’essai et de formation, OCS dispose entre autre d'un enrouleur sur lequel divers essais préliminaires sont réalisés. C’est ici qu'est optimisé et contrôlé l’équipement d'une installation au moyen de modèles de films, conformément aux objectifs des clients et sous conditions réelles à des vitesses pouvant atteindre 400 m/min.

OCS teste aussi continuellement de nouvelles technologies sur cette installation. Récemment, un éclairage Truecolor spécial a été testé : il comporte des éléments LED commandables à distance qui permettent de régler différentes couleurs ou, si cela est nécessaire, l’utilisation d'un éclairage dans le proche infrarouge. « Ici aussi la collaboration étroite avec STEMMER IMAGING porte ses fruits pour notre entreprise » , souligne Mendo Gusevski.

Inspection pour le contrôle de processus

Tous les défauts d’homogénéité des films sont représentés dans des images individuelles qui peuvent, si nécessaire, être évaluées ultérieurement. Le logiciel d’analyse développé par OCS permet au personnel de l’installation de travailler avec diverses représentations de tendances de défauts ; c’est à partir de ces tendances que des alarmes et des modifications ciblées sont tirées pour certains paramètres du processus de fabrication. Les données de tendance présentent des tendances à la suite de modifications.

Ainsi, il est possible de déceler des problèmes à la suite de l’ajout d'additifs, de l'apparition de salissures inhabituelles ou lors du remplacement du réservoir de pellets, et de les attribuer à un certain tronçon. Lors des étapes ultérieures relatives à la préparation de la commande, les sections défectueuses des films peuvent ainsi être découpées.

En arrière-plan, le système d’inspection détecte et enregistre de nombreux détails spécifiques au client pouvant être utiles lors d’éventuelles analyses ultérieures pour garantir la qualité des produits. Alors que par le passé les responsables de l’assurance qualité se satisfaisaient d’une inspection d’env. 10 % de la largeur de bande, les clients désirent, en raison des avancées technologiques dont nous disposons aujourd’hui, profiter d'un contrôle sur 100 % de la marchandise : OCS garantit ce contrôle à ses clients.

« La bande la plus large que nous inspectons avec notre système FSP-600 mesure 870 cm et tourne à une vitesse de 1200 m/min. Ces énormes volumes de données avec plus de 400 MB par caméra sont uniquement maîtrisables au niveau du hardware. Si nécessaire, nous communiquons donc directement avec les développeurs de Teledyne Dalsa à propos de détails qui ne concernent pas les utilisateurs de systèmes pour lesquels le facteur temps est moins important », explique Oliver Hissmann, Sales Manager chez OCS. « La résolution la plus élevée demandée par un client s’élève actuellement à 25 μm sur une largeur de 1500 mm. Nous réalisons cela au moyen de dix caméras synchronisées ».

Pour en savoir plus sur OCS

OCS (Optical Control Systems) est spécialisé dans le contrôle qualité des films et polymères, et se classe parmi les trois plus grandes entreprises de ce secteur. OCS propose des solutions individuelles pour le contrôle des matières premières et des films, ainsi que pour des laboratoires clés en main.

CCS

Kyoto, Japan

CCS a été fondé en 1993 à Kyoto. En 1994, CCS a lancé le premier éclairage LED pour la vision industrielle. Depuis lors, la société s'est développée de façon continue. Maintenant CCS est l'un des plus grands fournisseurs d'éclairages LED au monde avec des bureaux au Japon, en Chine, à Singapour, en Belgique et aux États-Unis.

JAI

Kopenhagen, Denmark

Depuis plus de 45 ans, JAI est leader dans le développement de technologies de caméras destinées à la vision industrielle. L'entreprise fournit des solutions innovantes pour le domaine industriel, et travaille également avec d'autres secteurs très divers tels que la médecine, la sécurité, le trafic routier et l'armée. La gamme comprend des produits standard aussi bien que des solutions individuelles pour presque toutes les applications où la technologie caméra fait partie d’un processus, d’un produit ou d’un service.

Mitsubishi Electric

Ratingen, Germany

Avec ses CIS (Contact Image Sensors, CIS), Mitsubishi Electric offre depuis de longues années déjà une solution efficace et facile à intégrer. Généralement exploités pour le développement de lecteurs chromatiques optiques compacts offrant des vitesses de lecture extrêmes ils sont majoritairement mis en œuvre dans le domaine de la lecture de documents haut de gamme. Ainsi, la multinationale japonaise a développé pour la première fois un produit conçu spécialement pour répondre aux besoins d’une application de vision industrielle et d'imagerie digitale spécifique.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING est une société active dans le domaine de la vision industrielle depuis 1987. Offrant une très large palette de produits et de services, l'entreprise est aujourd'hui le plus grand fournisseur de technologie de vision en Europe. En 1997, STEMMER IMAGING a présenté Common Vision Blox (CVB), une bibliothèque de programmation puissante pour le développement et la mise en œuvre de solutions de vision rapides et fiables, utilisée avec succès dans plus de 40.000 applications de part le monde.

Teledyne DALSA

Waterloo, Canada

La société canadienne Teledyne DALSA Inc., une filiale du groupe Teledyne Technologies Inc., offre dans le domaine du traitement d'images numériques un très large éventail de produits de vision industrielle. Outre les caméras linéaires, l'entreprise propose des particularités technologiques : des caméras linéaires TDI (Time Delay Integration), des caméras Multitap, haute vitesse, matricielles et à haute résolution, des cartes d’acquisition d’images PCI pour chaque type de caméra, des systèmes de traitement embarqués, des outils logiciels et des systèmes de traitement d’images intelligents IPD pour des tâches très diverses de contrôle qualité, de contrôle d’intégralité et d’erreurs.