De plus en plus de systèmes de fabrication sont équipés de caméras de vision pour contrôler des process, trier des produits, ou réaliser des inspections qualité. Néanmoins, le rôle essentiel que joue l'éclairage dans la précision et la fiabilité d'une solution de vision est souvent négligé.
"L'éclairage est un élément clé des systèmes de vision machine," affirme Andreas Waldl, expert vision chez B&R. L'éclairage détermine si la caméra voit l'objet ciblé, et dans quelles conditions. L'intensité, l'angle et la longueur d'onde du faisceau de lumière ne sont pas les seuls facteurs à prendre en compte pour un système d'éclairage. La précision et l'intelligence du contrôle de l'éclairage peuvent aussi faire la différence.
Cependant, dans le monde réel, il est impossible de réaliser une synchronisation parfaitement exacte. "Les capteurs de vision, l'éclairage, le contrôleur de flashs, et le contrôleur de machine proviennent de différents fournisseurs," explique A. Waldl. L'absence de protocole de communication commun implique que les échanges de données entre ces différents matériels s'effectuent via des entrées-sorties digitales.
Synchronisation exacte
Cette situation génère des retards et des imprécisions. Synchroniser le déclenchement d'un flash avec une caméra à la microseconde près est alors impossible. "Dans ces conditions, le développeur de l'application n'a pas d'autre choix que d'étendre la durée du flash. Ainsi, il peut garantir que le flash se produira pendant le temps d'exposition de la caméra," explique A. Waldl. Ce procédé présente néanmoins un inconvénient majeur : celui de réduire considérablement la durée de vie des LED.
Le programmeur peut compenser cela en réduisant l'intensité de la lumière, mais la durée d'exposition de la caméra doit alors être allongée. Dans des applications à grande vitesse, une exposition plus longue rendra les images floues. Une autre alternative serait d'amplifier le signal du capteur. "Cela ajoute du bruit et diminue la qualité de l'image capturée," explique A. Waldl. "Un cercle vicieux."
Dans la solution de vision de B&R, contrôleur de machine, caméra, contrôleur de flash et composants d'éclairage font tous partie intégrante du même système. Cette intégration fait toute la différence. Le contrôle de l'éclairage est synchronisé avec le système d'automatisation à la microseconde près. Les impulsions de lumière peuvent être ainsi extrêmement brèves. La durée de vie des LED augmente, et les images sont parfaitement nettes, même si les objets passent devant l'objectif à une très grande vitesse. A cela s'ajoute la couverture lumineuse très homogène et parfaitement reproductible.
Forte intensité
"La durée de l'impulsion lumineuse étant extrêment brève, les LED peuvent être traversées par un courant allant jusqu'à 300% de leur courant nominal," note A. Waldl. Il est ainsi possible d'atteindre un niveau d'intensité lumineuse irréalisable avec un éclairage continu conventionnel. Ceci permet des temps d'exposition très brefs, un bruit réduit, ainsi qu'une insensibilité quasi-totale aux effets des lumières extérieures.
Les machines se trouvent dans des halls de production où les conditions de lumière sont difficiles et changent en cours de journée," indique A. Waldl. "La lumière externe est donc souvent une source de perturbations." La qualité des mesures et des inspections peut être sensiblement améliorée si l'influence de la lumière externe est éliminée. Le fabricant de machines peut créer ces conditions en plaçant la machine dans une enceinte coûteuse et encombrante ou en utilisant des flashs de forte intensité.
Répartition homogène
Pour obtenir des résultats constants dans une application de vision, il est impératif de produire un éclairage le plus homogène possible sur l'objet visé. La conception intelligente des composants d'éclairage B&R permet d'arriver à ce résultat. Chaque LED est munie d'une lentille spéciale assurant un rayonnement uniforme. Les composants d'éclairage sont calibrés en usine par B&R. Nul besoin donc d'effectuer une calibration manuelle sur site. De plus, ils compensent automatiquement les variations d'intensité lumineuse typiques des LED lorsque la température varie ou lorsque ces dernières s'usent avec le temps.
Haute flexibilité
"Une solution de vision ne doit pas se contenter d'accomplir parfaitement une tâche spécifique à un cas précis," souligne A. Waldl. A l'ère de l'Industrie 4.0 et de l'IoT Industriel, changer de production sans arrêter les machines est de moins en moins rare, et une solution de vision doit pouvoir aussi s'adapter à cela. Avec la solution de vision entièrement intégrée de B&R, rien de plus simple : il suffit d'enregistrer tous les paramètres nécessaires dans des recettes puis d'appeler ces derniers en temps voulu.
La couleur de la lumière, la durée et la focale des flashs, le temps d'exposition de la caméra, ou encore l'angle de rayonnement des barres d'éclairage, peuvent être modifiés par l'utilisateur à tout moment et par voie logicielle. Avec la même unité d'éclairage, l'utilisateur peut également passer d'un éclairage pour fond clair à un autre pour fond sombre par simple changement de paramètres.
De l'importance de la couleur
"De nombreux fabricants de machines sous-estiment les possibilités qu'offre l'utilisation de différentes couleurs pour les flashs," note A. Waldl. L'utilisation d'une couleur spécifique permet, par exemple, de mettre en relief (ou cacher) des caractéristiques du produit ou des marques d'impression. C'est pourquoi les produits d'éclairage de B&R et également les LED intégrées aux caméras présentent jusqu'à quatre couleurs différentes, infrarouge et ultraviolet compris.
Avec différentes couleurs de LED, il est possible de prendre des clichés d'un produit dans des conditions de luminosité différentes et de relever ainsi des caractéristiques différentes du produit. Les séquences d'éclairage sont suffisamment rapides pour permettre l'utilisation d'une seule caméra.
Configurer au lieu de programmer
"La mise en œuvre d'un système de vision ne nécessite plus de programmation dans le sens où on l'entend habituellement," ajoute A. Waldl. B&R a développé des composants logiciels préconfigurés pour la vision. Les utilisateurs peuvent ainsi créer leur application par glisser-déposer. Il suffit de créer des liens dans l'application pour que les composants logiciels de vision communiquent automatiquement avec les composants implémentant des fonctions machine comme le contrôle de mouvements, la gestion d'utilisateurs, la gestion de recettes, ou encore les systèmes d'alarmes. Les composants de vision font partie intégrante du réseau de la machine, ce qui permet un diagnostic complet en temps réel. L'effort de développement pour la réalisation d'une application de vision n'a jamais été aussi réduit !
Auteur : Stefan Hensel, Corporate Communications Editor, B&R
Andreas Waldl, Product Manager - Integrated Machine Vision, B&R
L'offre produit de B&R pour l'éclairage
L'offre produit de B&R pour l'éclairage inclut notamment des barres et des anneaux de lumière ainsi que des plaques de rétroéclairage. De plus, des caméras avec LED intégrées (jusqu'à 64 LED) sont également disponibles. Chaque produit d'éclairage dispose d'un contrôleur de flash intégré et présente jusqu'à quatre couleurs différentes. Le choix de couleurs s'étend du blanc à l'infrarouge et à l'ultraviolet et inclut plusieurs couleurs visibles. Il est ainsi possible d'optimiser le contraste, la couleur, la luminosité, et l'intensité pour chaque application.
Les barres lumineuses de B&R permettent un réglage électronique de l'angle d'éclairage de -40° à 90°. Des combinaisons de quatre, six, ou huit barres en anneau sont également fournies. La connexion au réseau de la machine s'effectue via un connecteur hybride M12 fournissant également l'alimentation 24 VDC. Le raccordement des systèmes d'éclairage est mono-câble. Une deuxième connexion est néanmoins disponible pour permettre des raccordements en guirlande avec des caméras ou des systèmes d'éclairage additionnels.