La présente invention a pour objet un dispositif pour le contrôle de qualité de l'impression et du découpage dans une installation de production d'emballages, notamment dans une presse à découper travaillant de la matière en bande ou feuilles en vue de produire des découpes de boîtes pliantes.
La production d'emballages, par exemple en carton, ondulé ou non, passe par au moins trois phases successives: l'impression, le découpage et le pliage-collage. La qualité du produit final dépend donc de la qualité de chaque phase prise individuellement.
La présente invention a essentiellement trait au contrôle de la qualité de l'impression et du découpage. On connaît déjà des dispositifs permettant un contrôle automatique de la qualité de l'impression et du découpage. L'un de ces dispositifs utilise une caméra placée de façon à ce que son champ optique balaie une zone du déchet frontal, aussi appelé déchet de prise de pinces, dans laquelle sont aménagées d'une part une découpe sensiblement rectangulaire et une série de marques de repérage des couleurs de l'image imprimée sur une feuille ayant été travaillée par la presse à découper. Un tel dispositif ainsi que son procédé de fonctionnement sont décrits dans le brevet suisse N<o> 682 600.
Le dispositif décrit par ce brevet présente cependant, en utilisation industrielle, plusieurs inconvénients. En effet, il nécessite obligatoirement d'effectuer un encochage de l'arrière du déchet de prise de pinces et cela au niveau de la ligne de coupe de ce qui deviendra la découpe de boîte pliante et le déchet. Le déchet de carton provenant de l'opération d'encochage devra bien évidemment être évacué pour que le dispositif puisse fonctionner. La pratique a démontré que cette évacuation de ce déchet d'encochage n'était absolument pas aisée et que souvent, ce déchet n'était pas éjecté rendant, de ce fait, irréalisable l'opération de contrôle de qualité.
De plus, la configuration de l'encoche dépendant du genre de découpes de boîtes pliantes travaillées par la presse à découper, il est nécessaire de positionner les marques de repérage des couleurs en fonction de la configuration et de la position de l'encoche. Cette contrainte conduisait obligatoirement à déplacer la caméra de façon à ce que son champ optique soit judicieusement placé.
La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce à un dispositif selon la revendication 1.
En vue de faciliter la compréhension de l'invention, il sera maintenant décrit un mode de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel:
La fig. 1 montre une vue d'ensemble sous forme de schéma d'une machine de découpage complétée par un schéma bloc des principaux éléments relatifs au contrôle de qualité de l'impression et du découpage;
La fig. 2 montre partiellement un déchet frontal provenant d'une machine de découpage et muni de marques de repérage de couleurs;
La fig. 3 représente, schématiquement une station de découpage d'une presse et
La fig. 4 représente, en perspective, un poinçon et son enclume.
La fig. 1 montre une machine comprenant une station d'introduction 1, de découpage 2, d'éjection 3 (de déchets) et de réception 4 (de poses ou flancs). En résumé, le bord frontal d'une feuille F prise du paquet 5 est introduite dans une barre à pinces 6 déplacée par un train de chaînes 7. La feuille F est ensuite transportée au travers des diverses stations de travail 2, 3, 4. Après la station de réception 4, seul subsiste sur la barre à pinces 6 le déchet frontal Df de la feuille F. Le déchet frontal Df, ôté de la barre à pinces 6 dans un endroit situé sur le retour par le haut du train de chaînes 7, sera évacué de la machine au moyen d'un tapis roulant 8. Il est rappelé que chacune de ces opérations est effectuée à un arrêt des barres à pinces 6.
A un arrêt de la barre à pinces 6 situé après la station de réception 4, mais avant l'arrêt de l'évacuation du déchet frontal Df, est prévue une caméra 10 placée au-dessus et en face du déchet frontal Df.
La fig. 2 montre la partie du déchet frontal modèle Dfm située en face et autour du champ de vision 100 de la caméra 10. A cet arrêt, le déchet Dfm est donc maintenu en place par des pinces (non représentées) de la barre 6. Les pinces sont en prise avec le bord extrême frontal B1 du déchet Dfm, ce F, bord frontal B1 étant opposé à celui B2 constitué par la ligne de séparation S, c'est-à-dire de découpage, entre le déchet Dfm et la pose ou découpe de boîte pliante correspondante (non représentée). Cette ligne de séparation S peut n'être pas droite sur toute la longueur du déchet Dfm, cela en raison de la forme spécifique des découpes de boîtes pliantes travaillées par la presse à découper.
Le déchet Dfm présente en A une zone présentant une série de perforations P, au nombre de neuf dans l'exemple choisi. Ces perforations P sont ici disposées suivant deux diagonales mais pourraient être d'un nombre différent et disposées différemment, cela au choix du constructeur du dispositif.
A proximité immédiate des perforations P on aura imprimé, de façon connue, cinq marques de repérage de couleur R1-R5, chaque marque correspondant à un des cinq groupes imprimeurs d'une machine d'impression par flexographie. Chaque marque R1-R5 correspond donc à une couleur. Un nombre supérieur ou inférieur à cinq marques peut bien sûr être envisagé, cela en fonction du nombre de groupes imprimeurs utilisés.
Pour que la caméra 10 puisse lire les marques R1-R5 avec suffisamment de précision, de sûreté et de rapidité, les conditions suivantes doivent, de préférence, être remplies
- les marques R1-R5 doivent être alignées sur l'axe longitudinal du déchet Dfm passant par le point central Pc des perforations P;
- les carrés et rectangles ne sont pas autorisés pour les marques R1-R5;
- entre chaque marque R1-R5 un écart minimum e de 3 mm est requis;
- chaque marque R1-R5 a une hauteur h et largeur 1 de 3 à 6 mm;
- la disposition des cinq marques R1-R5 par rapport aux perforations P doit être telle que les marques et les perforations se trouvent dans un unique champ de vision 100 de la caméra 10.
La caméra 10 a donc pour fonction de lire simultanément les cinq marques R1-R5 et les perforations P lorsque le déchet Dfm est à l'arrêt; à chaque lecture, le déchet Dfm est éclairé au moyen d'un flash dont la commande est synchronisée avec celle de la machine de découpage. Le flash permet de diminuer au maximum les causes ambiantes d'erreur ou d'imprécision de lecture, telles que, par exemple, la vibration du déchet Dfm dans le sens du train de chaînes 7. Le flash peut être remplacé par un éclairage continu à temps d'exposition contrôlé.
Comme cela est montré dans la fig. 1, à l'unité de lecture désignée par "CAMERA-FLASH" est associée, de façon déjà connue, une unité informatique comprenant:
- des moyens de traitement d'image "IMAGE PROCESSING SYSTEM";
- des moyens de dialogue avec l'opérateur "OPERATOR INTERFACE" effectué à l'aide d'un moniteur "MONITOR" et d'un petit panneau de contrôle muni des touches de fonction de dialogue opérateur-machine "TRACKBALL" telles que "STORE", "SELECT" et "STOP" et de quelques touches optionnelles (non représentées).
L'unité informatique est reliée au tableau de commande de la machine "MACHINE ELECTRIC CONSOLE" à l'aide de deux lignes d'alimentation à + 24 V et 0 V, d'une ligne de commande de lecture "TOP LECTURE", d'une ligne dite "STOP MACHINE" permettant d'interrompre l'introduction des feuilles ou d'arrêter la presse de découpage, d'une ligne permettant de piloter un "système intercalaire" lorsqu'un défaut est détecté par la machine afin de faciliter le tri de l'opérateur. Ces 5 lignes passent au travers d'un élément "MACHINE INTERFACE" qui a pour fonction de réaliser l'interface entre la machine et l'unité de contrôle.
Dans une première phase d'apprentissage, dite "TEACHING", du contrôle de qualité, au moyen de l'unité de lecture "CAMERA-FLASH" et de l'unité informatique "IMAGE PROCESSING SYSTEM", il est donc possible de lire et de mémoriser les marques R1-R5 et les perforations P d'un déchet frontal modèle de référence Dfm, satisfaisant tous les critères de qualité imposés pour la production.
Ce déchet frontal Dfm, comportant les marques imprimées R1-R5 et les perforations P, est choisi de la manière suivante parmi les premières feuilles imprimées d'une série et qui sortent de la machine d'impression (non représentée, mais qui, dans une ligne de production d'emballages, se trouve avant la machine de découpage), est choisie, par une personne qualifiée et expérimentée, une feuille modèle F, satisfaisant tout particulièrement aux critères de qualité d'impression. Il est aussi vérifié si les cinq marques R1-R5 de repérage de couleurs sont présentes à l'endroit souhaité, et que chacune des marques a réellement été imprimée par le groupe imprimeur correspondant.
La feuille modèle F est ensuite introduite dans la machine de découpage et passe au travers de ses diverses stations 1-4. Quand cette première feuille modèle F est à l'arrêt sous la caméra 10, cette dernière est positionnée une fois pour toutes de manière que l'ensemble constitué par les cinq marques R1-R5 et les perforations P du déchet frontal modèle Dfm soit positionné dans le champ de vision 100 de la caméra 10.
Durant cette première phase "TEACHING", l'opérateur, ou autre personne qualifiée, est donc aussi en mesure de contrôler visuellement sur un écran si les perforations P satisfont aux conditions requises quant à leur position par rapport à celle des marques R1-R5. Si cela n'est pas le cas, un déplacement latéral de l'unité de lecture (caméra + flash) est effectué afin que les marques d'impression et les perforations P soient positionnées à l'intérieur du champ de vision 100 de la caméra 10.
Etant donné, comme on le verra par la suite, que le contrôle de qualité exige une comparaison de la position des marques R1-R5 et des perforations P du déchet modèle Dfm avec celle des marques et des perforations d'un déchet échantillon Df provenant de la machine en cours de production, il est nécessaire que le dispositif de contrôle permette de calculer et mémoriser la position des marques R1-R5 et des perforations P dans le champ de vision 100 de la caméra 10. Dans ce but, l'unité de contrôle est équipée des moyens autorisant l'ouverture, dans le champ de vision, de deux premiers espaces, nommés fenêtres dans lesquels la probabilité de trouver les marques R1-R5, ou les perforations P, est la plus grande.
Ce procédé de détection et de mesure de position à l'aide de fenêtre est relativement bien connu dans le domaine technique du traitement d'image, domaine auquel il est possible ici de se référer pour de plus amples informations, puisque le présent dispositif de contrôle de qualité y fait abondamment recours.
Ainsi donc, le dispositif de contrôle permet, alors que les marques R1-R5 et les perforations P sont visibles sur un écran, de positionner, déplacer, centrer et dimensionner une première fenêtre dite "PRINT WINDOW" centrée sur l'ensemble des cinq marques R1-R5, et une seconde fenêtre, appelée "HOLE WINDOW", relative aux perforations P. Il est simplement rappelé ici que lesdites fenêtres ont pour but de limiter d'une part le champ de vision pour la recherche des modèles de référence (c'est-à-dire forme et position) pendant la phase d'apprentissage automatique du système.
En d'autres termes, lors du traitement d'image, les fenêtres "PRINT WINDOW" et "HOLE WINDOW" vont permettre d'indiquer à l'élément "IMAGE PROCESSING SYSTEM" dans quel endroit du champ de vision l'unité de contrôle doit chercher le constituant correspondant de la "cible" (c'est-à-dire les marques R1-R5 ou les perforations P) de manière à diminuer les risques d'erreur provoqués par une confusion de ce constituant avec un autre élément situé dans le champ de vision 100 de la caméra 10.
Il est ensuite possible de mémoriser la cible de référence au moyen de la touche "STORE", l'unité de contrôle calculant et mémorisant la position de chaque marque R1-R5 et des perforations P du déchet de référence Dfm.
En vue de comparer par la suite, comme mentionné plus haut, le déchet modèle Dfm à un déchet "échantillon" de production Df, il est aussi nécessaire, durant la phase "TEACHING" du processus de contrôle, d'introduire, dans l'unité de contrôle, les critères relatifs à chaque type de contrôle.
Le présent dispositif de contrôle de qualité travaille essentiellement sur quatre types de contrôles, à savoir:
- La présence de toutes les couleurs.
- Le bon positionnement des cinq couleurs (problème du repérage latéral et longitudinal). La tolérance de positionnement est fixée, par exemple, à +/- 5/10 mm.
- Le fait que la feuille ne soit pas tournée de 180 DEG .
- La position correcte de la feuille dans la barre à pinces 6.
En relation avec ces quatre types de contrôles, les performances suivantes sont souhaitées:
- La cadence d'analyse est de 8000 feuilles/heure.
- La tolérance de la mesure en phase production consiste en ce que le système doit accepter une variation de positionnement de la cible de 5 mm dans les deux directions longitudinale et transversale.
- La précision de la mesure doit être inférieure à cinq fois la tolérance minimale de positionnement des couleurs, soit 0,1 mm.
- La reconnaissance et l'identification d'un défaut doivent être automatiques.
- L'initialisation du contrôle doit être automatique, c'est-à-dire recourir au minimum possible d'interventions de l'opérateur.
La fig. 3 représente schématiquement une station de découpage 20 d'une presse dans laquelle les feuilles de carton à découper sont introduites, à l'aide de barres de pinces entraînées par un train de chaînes (non représenté), dans le sens indiqué par la flèche 21. Généralement, la station de découpage 20 comprend un sommier mobile inférieur 22 sur lequel est fixé l'outil de découpage 23 et un sommier supérieur 24 fixe sur la face inférieure duquel est fixée la contre-forme de découpage 25. De façon à pouvoir repérer le déchet frontal Dfm (voir fig. 1) par rapport aux différentes découpes de boîtes pliantes découpées par l'outil de découpage 23, on prévoit de placer, sensiblement dans l'axe médian longitudinal de la machine, un poinçon 26 dans la zone Z correspondant à la position du déchet frontal Dfm.
Ce poinçon 26 est de préférence vissé sur la plaque porte outil du sommier inférieur mobile 22 et travaille conjointement avec une enclume 27 fixée en correspondance contre la face inférieure du sommier supérieur fixe 24 ou contre la face inférieure de la contre-forme de découpage 25. De ce fait, chaque fois qu'une opération de découpage aura lieu, le déchet frontal Dfm sera marque par le poinçon 26 et cela en parfait repérage entre la forme du découpage et le déchet. L'enclume 27 est de préférence réalisée avec une matière telle que du polyuréthane d'une dureté comprise entre 55 et 70 degrés Shore ou de toute autre matière plastique correspondante. On pourrait aussi utiliser du caoutchouc de dureté correspondante.
La fig. 4 représente en perspective un poinçon et son enclume. Dans cette figure, le poinçon 26 réalisé de préférence en acier ou en aluminium comporte, sur sa face supérieure une série de pointes 28, au nombre de neuf dans l'exemple choisi, réparties selon les diagonales 29 et 30 du corps du poinçon 26. Ainsi que déjà mentionné plus haut, cette disposition, en nombre et en emplacement des pointes 28 peut être différente; on pourrait, par exemple, imaginer d'avoir un poinçon ne comportant que cinq pointes disposées en quinconce à la manière d'un cinq sur un dé.
Les avantages apportés par un tel dispositif résident dans le fait qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un choix de la position des marques de repérage et des perforations en fonction de la forme du déchet frontal car celles-ci seront toujours en correspondance avec le dessin de la découpe réalisée par la presse et par conséquent avec la position de l'impression. De plus, cette solution élimine à coup sûr le risque de non fonctionnement du dispositif provoqué par une éjection non parfaite d'un déchet provenant d'une découpe obligatoire nécessaire dans les dispositifs connus.
Un autre avantage de l'utilisation d'un tel dispositif réside dans le fait que toute la mise en route de la machine est simplifiée par l'absence d'une opération de découpe et d'éjection supplémentaires sur une partie non utile de la découpe de boîte pliante.