CH709474A1 - Device for detecting defects in transparent parts. - Google Patents

Abstract

Cette invention a pour objet un dispositif (10) pour injecter de la lumière dans une pièce réalisée dans un matériau transparent pour détecter la présence de défauts. Elle comprend une source de lumière et un support pour positionner la source de lumière par rapport à la pièce. La source de lumière est positionnée de manière à injecter la lumière dans la pièce de telle sorte que cette lumière effectue de multiples réflexions à l’intérieur de la pièce. A la présence d’un défaut, la lumière quitte la pièce et génère un signal qui peut être facilement détecté de manière automatique par une caméra.The invention relates to a device (10) for injecting light into a part made of a transparent material to detect the presence of defects. It includes a light source and a support for positioning the light source relative to the room. The light source is positioned to inject light into the room such that the light effects multiple reflections within the room. In the presence of a fault, the light leaves the room and generates a signal that can be easily detected automatically by a camera.

Description

Domaine techniqueTechnical area

[0001] Cette invention relève du domaine du contrôle automatisé de la qualité de pièce manufacturée. En particulier, cette invention est adaptée à détecter la présence de défauts dans des pièces réalisées dans un matériau transparent tels que le verre, le Saphir ou le plastique. Par défauts, on entend par exemple, des rayes, des impacts, des fissures ou des inclusions inopportunes dans le matériau. This invention falls within the field of automated control of the quality of manufactured parts. In particular, this invention is adapted to detect the presence of defects in parts made of a transparent material such as glass, sapphire or plastic. Defects, for example, include scratches, impacts, cracks or inappropriate inclusions in the material.

Etat de l’artState of the art

[0002] Aujourd’hui, la détection de défauts dans des pièces manufacturées se fait dans la grande majorité des cas de façon manuelle: un opérateur observe la pièce en faisant varier l’angle entre l’éclairage et son regard, pour déterminer si la pièce comporte des défauts. Certaines applications utilisent des caméras et des algorithmes pour faire cette détection. Cette détection automatique est rendue d’autant plus difficile que la pièce à analyser est réalisée dans un matériau transparent. Nous ne connaissons pas aujourd’hui de systèmes automatisés permettant la détection automatique de défauts de manière suffisamment fiable, c.-à-d. s’approchant à quelques pour cent près de la performance d’un opérateur humain. Today, the detection of defects in manufactured parts is done in the vast majority of cases manually: an operator observes the room by varying the angle between the lighting and his eyes, to determine if the part has defects. Some applications use cameras and algorithms to do this detection. This automatic detection is made all the more difficult as the part to be analyzed is made of a transparent material. Today, we do not know automated systems that allow the automatic detection of faults in a sufficiently reliable manner, ie. approaching a few percent close to the performance of a human operator.

Résumé de l’inventionSummary of the invention

[0003] Cette invention a pour objet un dispositif pour injecter de la lumière dans une pièce réalisée dans un matériau transparent. Ces pièces agissent comme guide d’onde pour la lumière injectée. This invention relates to a device for injecting light into a piece made of a transparent material. These parts act as a waveguide for the injected light.

[0004] Certaines de ces pièces sont transparentes, ou semi-transparentes et n’ont pas pour fonction de guider la lumière: par exemple un verre de montre, une vitre, des lunettes, etc. D’autres pièces ont pour but de guider de la lumière, par exemple une pièce de rétroéclairage pour écran LCD. Some of these parts are transparent, or semi-transparent and do not have the function of guiding light: for example a watch glass, a window, glasses, etc. Other pieces are intended to guide light, for example a backlight for LCD screen.

[0005] La pièce est faite d’un matériau transparent qui conduit de la lumière, par exemple le verre, le saphir, ou un polymère. Ces matériaux ont un indice de réfraction qui se situe entre 1.4 et 1.7. On notera que la pièce n’est pas forcément transparente sur tous ses côtés, et qu’elle peut être recouverte d’une couche opaque à la lumière de manière partielle, ou même sur la totalité de l’une de ses faces. The piece is made of a transparent material that conducts light, for example glass, sapphire, or a polymer. These materials have a refractive index of between 1.4 and 1.7. Note that the part is not necessarily transparent on all sides, and it can be covered with a light-opaque layer partially, or even on all of one of its faces.

[0006] Le dispositif comprend une source de lumière et un support destiné à positionner la source de lumière par rapport à la pièce réalisée dans un matériau transparent. La source de lumière et ledit support étant agencés de manière à injecter de la lumière dans ladite pièce de telle sorte que cette lumière effectue de multiples réflexions à l’intérieur de ladite pièce. The device comprises a light source and a support for positioning the light source relative to the part made of a transparent material. The light source and said support being arranged to inject light into said room such that this light makes multiple reflections within said room.

[0007] Dans la majorité des cas, l’agencement est effectué de sorte que les réflexions à l’intérieur de la pièce soient des réflexions totales de la lumière. De cette manière, lorsque le matériau transparent est exempt de défauts, la lumière ne quitte pas la pièce transparente, sauf dans les parties de la pièce comprenant des discontinuités. De cette manière, un défaut comme une fissure dans le matériau apparaitra distinctement, car il fera sortir la lumière de la pièce à l’endroit du défaut, alors qu’en absence de défaut, aucune lumière ne sortirait à cet endroit-là. In most cases, the arrangement is carried out so that the reflections inside the room are total reflections of the light. In this way, when the transparent material is free of defects, the light does not leave the transparent part, except in parts of the part comprising discontinuities. In this way, a defect like a crack in the material will appear clearly, because it will bring the light out of the room at the place of the defect, while in the absence of defect, no light would come out at that place.

[0008] Dans certains cas, notamment pour les rétroéclairages d’écrans LCD, la lumière effectue de multiples réflexions à l’intérieur de la pièce, mais à chaque réflexion, une partie de la lumière quitte la pièce. Lorsqu’il y a un défaut, ce dernier va altérer la lumière qui sort de la pièce et va ainsi créer une modulation du signal émanant de la pièce. In some cases, especially for LCD backlights, the light performs multiple reflections inside the room, but at each reflection, part of the light leaves the room. When there is a fault, the latter will alter the light coming out of the room and will thus create a modulation of the signal emanating from the room.

[0009] Une caméra est utilisée pour enregistrer une image de la pièce réalisée dans un matériau transparent, et reliée à des moyens de calculs permettant de détecter la présence de défauts. A camera is used to record an image of the part made of a transparent material, and connected to calculation means for detecting the presence of defects.

[0010] De manière générale, la méthode de détection de défauts dans une pièce réalisée dans un matériau transparent, selon l’invention utilise une source de lumière, un support, une caméra et un modèle de ladite pièce. Cette pièce est éclairée à l’aide de la source de lumière de telle sorte à engendrer des réflexions multiples de la lumière à l’intérieur de la pièce. Une image de cette pièce est prise avec la caméra, et est comparée avec le modèle de la pièce. Cette comparaison permet de déterminer si la pièce comprend un défaut. In general, the defect detection method in a part made of a transparent material, according to the invention uses a light source, a support, a camera and a model of said part. This piece is illuminated with the aid of the light source so as to generate multiple reflections of the light inside the room. An image of this piece is taken with the camera, and is compared with the model of the piece. This comparison determines whether the part has a defect.

[0011] Plus particulièrement, pour détecter un défaut, l’on procède en deux phases. La première phase consiste à créer un modèle de la pièce, ou plus particulièrement un modèle de l’image obtenue à partir d’une pièce sans défaut. Ce modèle peut être construit à l’aide d’un seul échantillon, ou à partir de plusieurs enchantions de pièces sans défauts. Ces modèles statistiques sont bien connus de l’homme de l’art, et sont, dans le cas le plus simple, une simple image de la pièce sans défaut, et dans le cas le plus sophistiqué, un modèle construit grâce à un auto-encodeur qui encodera au mieux l’image d’une pièce sans défauts. More particularly, to detect a fault, it proceeds in two phases. The first phase consists in creating a model of the part, or more particularly a model of the image obtained from a piece without defects. This model can be built using a single sample, or from several flawless coin-free parts. These statistical models are well known to those skilled in the art, and are, in the simplest case, a simple image of the piece without flaws, and in the most sophisticated case, a model built by a self-employed person. encoder that will best encode the image of a part without defects.

[0012] Lors de la deuxième phase, une pièce à tester est éclairée à l’aide de la source de lumière, et comme précédemment, de telle sorte à engendrer des réflexions multiples de la lumière à l’intérieur de ladite pièce. La caméra enregistre une image de la pièce et les moyens de calculs effectuent une comparaison entre cette image et le modèle de la pièce. De multiples possibilités existent pour effectuer cette comparaison: dans le cas simple cité ci-dessus, il s’agit d’effectuer une différence avec l’image de la pièce sans défaut, et dans le cas de l’auto-encodeur, il s’agit d’encoder, de décoder l’image de la pièce, et faire la différence avec l’image de la pièce avant encodage. À partir de cette différence, un seuillage est effectué. Cette image seuillée permet de déterminer si la pièce comprend un défaut. Par exemple, le nombre de pixels adjacents en dessous du seuil est un indicateur de la présence d’un défaut. In the second phase, a test piece is illuminated with the light source, and as before, so as to generate multiple reflections of the light within said room. The camera records an image of the room and the calculation means make a comparison between this image and the model of the room. Many possibilities exist to make this comparison: in the simple case mentioned above, it is a matter of making a difference with the image of the defect-free part, and in the case of the auto-encoder, it is is to encode, to decode the image of the part, and to make the difference with the image of the part before encoding. From this difference, a thresholding is performed. This thresholded image makes it possible to determine if the part comprises a defect. For example, the number of adjacent pixels below the threshold is an indicator of the presence of a fault.

[0013] L’invention permet de vérifier la présence de défauts dans des verres de montre près à être montés, des bouteilles, des flacons, de verres de vins, des vitres, des parebrises de voiture, des verres pour téléphone portable, des lentilles optiques, des verres de lunettes, des verres de contact, des verres de protection à la sortie de projecteurs ou à la sortie de faisceaux laser. The invention makes it possible to check the presence of defects in watch glasses to be mounted, bottles, flasks, wine glasses, windows, car windshields, glasses for mobile phones, lenses optical lenses, spectacle lenses, contact lenses, protective glasses at the exit of projectors or at the exit of laser beams.

[0014] Le support est adapté à chaque type de pièce à vérifier afin de garantir une transmission optimale de la lumière dans la pièce. The support is adapted to each type of room to be checked to ensure optimal transmission of light in the room.

Brève description des figuresBrief description of the figures

[0015] <tb>La fig. 1<SEP>montre une coupe d’un support pour verre de montre avec une source de lumière sur chaque côté de la pièce. <tb>La fig. 2<SEP>montre le support pour verre de montre de la fig. 1 en trois dimensions, avec 6 sources de lumières.[0015] <tb> Fig. 1 <SEP> shows a section of a watch glass holder with a light source on each side of the piece. <tb> Fig. 2 <SEP> shows the watch glass holder of FIG. 1 in three dimensions, with 6 sources of lights.

Exemples de modes de réalisationExamples of embodiments

[0016] La fig. 1 montre un support 10 pour pièce 20 réalisée dans un matériau transparent. La pièce 20 est un verre de montre usiné et prêt à être monté. Le support comporte six alésages 30 adaptés à recevoir des sources de lumière LED 40. L’inclinaison de l’alésage a été conçue pour transmettre au mieux la lumière dans le verre de montre 20. Une marche cylindre 50 permet de caler le verre de montre, et ainsi de le positionner précisément par rapport aux sources de lumière. Le verre de montre à une géométrie telle que la lumière ne peut s’échapper vers le haut de la fig. 1 que dans la zone proche du bord du verre de montre. Sur tout le reste du verre de montre, la lumière effectue des réflexions totales, et ne quitte pas ce dernier, pour autant qu’aucun défaut ne soit présent. Par conséquent, une caméra 60 placée de dessus du verre de montre ne verra que ce qu’il y a derrière le verre. Lorsqu’un défaut est présent dans le matériau, ce dernier causera une réflexion parasite, qui permettra à la lumière de quitter le verre et créera un signal facilement détectable par la caméra 60. Si ce défaut est un défaut de surface, ce dernier perturbera la réflexion à l’interface du verre et permettra également à la lumière de quitter le verre, et créera un signal facilement détectable par la caméra. FIG. 1 shows a support 10 for part 20 made of a transparent material. The piece 20 is a watch glass machined and ready to be mounted. The support comprises six bores 30 adapted to receive LED light sources 40. The inclination of the bore has been designed to best transmit the light in the watch glass 20. A cylinder step 50 can stall the watch glass , and thus to position it precisely with respect to the sources of light. The watch glass has a geometry such that light can not escape to the top of FIG. 1 only in the area near the edge of the watch glass. On all the rest of the watch glass, the light makes total reflections, and does not leave the latter, as long as no defect is present. Therefore, a camera 60 placed from above the watch glass will only see what is behind the glass. When a defect is present in the material, the latter will cause a parasitic reflection, which will allow the light to leave the glass and create a signal easily detectable by the camera 60. If this defect is a surface defect, the latter will disrupt the reflection at the interface of the glass and will also allow the light to leave the glass, and create a signal easily detectable by the camera.

[0017] Plus généralement, l’invention peut être appliquée à une pièce substantiellement cylindrique, de diamètre entre 15 mm et 60 mm. More generally, the invention can be applied to a substantially cylindrical part, with a diameter of between 15 mm and 60 mm.

[0018] La pièce a préférablement une épaisseur se situant entre 0.2 mm et 5 mm. Les sources de lumière sont placées de sorte à éviter toute fuite de lumière depuis la pièce vers le côté opposé à la caméra 60. Ainsi, la caméra 60 prend une image en champ sombre de la pièce. The part preferably has a thickness of between 0.2 mm and 5 mm. The light sources are positioned to prevent light leakage from the room to the opposite side of the camera 60. Thus, the camera 60 takes a dark field image of the room.

[0019] Les sources de lumière sont placées tout autour de la pièce, afin de générer un éclairage uniforme et dans toutes les orientations dans la pièce. Ces sources sont préférablement uniformément réparties angulairement sur tout le pourtour de la pièce, comme c’est le cas dans le fig. 2 où 60 degrés séparent une source de lumière de la suivante. Ceci permet de n’avoir aucune direction préférentielle dans la l’aptitude à déceler un défaut. Un guide d’onde, ou une fibre peut également être utilisé pour créer un anneau qui éclaire uniformément la pièce. The light sources are placed all around the room, to generate uniform illumination and in all directions in the room. These sources are preferably uniformly distributed angularly around the entire periphery of the part, as is the case in FIG. 2 where 60 degrees separate one light source from the next. This makes it possible to have no preferential direction in the ability to detect a defect. A waveguide, or fiber, can also be used to create a ring that illuminates the room evenly.

[0020] Lorsque la lumière sort d’une source de lumière, elle décrit un cône d’illumination. Pour transférer un maximum de lumière dans la pièce, cette dernière doit avoir une épaisseur suffisante et être placée suffisamment près de la source de lumière pour que la majorité du cône d’illumination arrive sur la tranche de la pièce. When light emerges from a light source, it describes an illumination cone. To transfer a maximum amount of light into the room, the room must be of sufficient thickness and placed close enough to the light source so that the majority of the illumination cone is on the edge of the room.

Claims (9)

1. Dispositif (10) pour injecter de la lumière dans une pièce (20) réalisée dans un matériau transparent comprenant • Une source de lumière (40) • Un support (15) pour positionner la source de lumière (40) par rapport à ladite pièce caractérisé en ce que ladite source de lumière (40) et ledit support (15) étant agencés de manière à injecter de la lumière dans ladite pièce (20) de telle sorte que cette lumière effectue de multiples réflexions à l’intérieur de ladite pièce (20).A device (10) for injecting light into a workpiece (20) made of a transparent material comprising • A light source (40) A support (15) for positioning the light source (40) with respect to said piece characterized in that said light source (40) and said support (15) being arranged to inject light into said workpiece (20) such that said light effects multiple reflections within said workpiece ( 20). 2. Dispositif (10) selon la revendication 1, comprenant une caméra (60) agencée de manière à enregistrer une image de ladite pièce (20).The apparatus (10) of claim 1 including a camera (60) arranged to record an image of said workpiece (20). 3. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le support (15) est adapté à supporter un verre de montre (20).3. Device (10) according to one of the preceding claims wherein the carrier (15) is adapted to support a watch glass (20). 4. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel ladite source de lumière (40) et ledit support (15) étant agencés de manière à injecter de la lumière dans ladite pièce (20) de telle sorte que cette lumière effectue de multiples réflexions totales à l’intérieur de ladite pièce (20).4. Device (10) according to one of the preceding claims wherein said light source (40) and said support (15) being arranged to inject light into said piece (20) so that this light performs multiple total reflections within said part (20). 5. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes pour une pièce substantiellement cylindrique (20) dont le diamètre est compris entre 15 mm et 60 mm.5. Device (10) according to one of the preceding claims for a substantially cylindrical part (20) whose diameter is between 15 mm and 60 mm. 6. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes pour une pièce (20) dont l’épaisseur est comprise entre 0.2 mm et 5 mm6. Device (10) according to one of the preceding claims for a part (20) whose thickness is between 0.2 mm and 5 mm 7. Dispositif (10) selon l’une des revendications 2 à 6 dans laquelle la source de lumière (40) est agencée de manière à éviter toute fuite de lumière du côté opposé à la caméra (60) par rapport à ladite pièce (20) pour permettre une prise de vue en champ sombre avec ladite caméra (60).7. Device (10) according to one of claims 2 to 6 wherein the light source (40) is arranged to prevent light leakage from the side opposite the camera (60) relative to said piece (20). ) to allow dark field shooting with said camera (60). 8. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes comprenant plusieurs sources de lumières (40) agencée autour de ladite pièce (20) de manière non parallèle pour générer un éclairage selon plusieurs orientations à l’intérieur de ladite pièce (20).8. Device (10) according to one of the preceding claims comprising several light sources (40) arranged around said part (20) non-parallel manner to generate a plurality of illumination within said room (20) . 9. Méthode de détection de défauts dans une pièce (20) réalisée dans un matériau transparent, utilisant une source de lumière (40), un support (15), une caméra et un modèle de ladite pièce comprenant les étapes d’éclairer ladite pièce (20) à l’aide de la source de lumière (40) de telle sorte à engendrer des réflexions multiples de la lumière à l’intérieur de ladite pièce (20), enregistrer une image de ladite pièce (20) avec la caméra (60), comparer cette image avec le modèle de ladite pièce (20) pour déterminer si la pièce (20) comprend un défaut, et communiquer ou afficher le résultat de la comparaison9. Method for detecting defects in a part (20) made of a transparent material, using a light source (40), a support (15), a camera and a model of said part comprising the steps of illuminating said part (20) using the light source (40) to generate multiple reflections of the light within said workpiece (20), recording an image of said workpiece (20) with the camera (20); 60), compare this image with the model of said workpiece (20) to determine if the workpiece (20) includes a defect, and to communicate or display the result of the comparison