Fonctionnement des capteurs de vision

Les capteurs de vision - à ne pas confondre avec les capteurs numériques présents sur les caméras - constituent une catégorie de systèmes de vision industrielle conçus pour effectuer de simples inspections de type présence/absence et fournir des résultats de type réussite/échec dans des situations non structurées. La capacité d’une caméra à prendre des images est combinée à la capacité de traitement d’un ordinateur pour fournir des résultats concernant le site, la qualité et l’intégralité d’une pièce ou d’un produit fabriqué·e. Contrairement à d’autres types de capteurs, notamment ceux à fibre optique et à ultrasons, les capteurs de vision peuvent gérer plusieurs points d'inspection par cible. Cette technologie peut également détecter des produits ou des paquets selon les motifs, caractéristiques et couleurs.

Les capteurs de vision sont utilisés pour inspecter les produits dans tous les secteurs d’activité. Ces inspections sont effectuées en capturant d’abord une image, en trouvant un objet ou une caractéristique dans l’image, puis en recherchant certaines caractéristiques sur cet objet ou cette caractéristique. Avant que les inspections puissent être exécutées avec succès, le champ de vision (CDV) doit être configuré. Ensuite, un opérateur peut utiliser des outils de vision pour évaluer diverses caractéristiques concernant leur présence, leur exhaustivité ou leur orientation dans une seule image. 

La capacité de la caméra à enregistrer une image correctement éclairée de l’élément inspecté dépend non seulement de l’objectif, mais également du capteur d’image de la caméra. Pour convertir la lumière (photons) en signaux électriques (électrons), les capteurs d’images utilisent généralement une technologie CCD (charge coupled device) ou CMOS (complementary metal oxide semiconductor). La fonction principale des capteurs d’images est de capturer la lumière et de la convertir en image numérique tout en équilibrant le bruit, la sensibilité et la gamme dynamique. L’image est composée de pixels. Les pixels sombres sont produits par une faible luminosité et les pixels brillants par une forte luminosité. Il est essentiel de s’assurer que la caméra dispose de la résolution de capteur appropriée pour l’application. La taille des pièces, les tolérances d’inspection et d’autres paramètres dicteront la résolution requise. Plus la résolution est élevée, plus il est facile de voir le détail à l’intérieur de l’image, ce qui conduira à des mesures plus précises.

Quels composants constituent un capteur de vision ?

Les capteurs de vision ont de nombreux composants semblables à ceux des systèmes de vision, notamment l’éclairage, les optiques, les capteurs d’images, les contrôleurs, les outils de vision et les protocoles de communication. De nombreux composants matériels de vision industrielle, notamment les modules d’éclairage, les capteurs et les CPU, sont disponibles dans le commerce. Ils peuvent être également achetés sous forme de système intégré unique.

Les capteurs de vision ont plusieurs composants :
• L’optique acquiert l’image et la présente au capteur sous forme de lumière.

• Les capteurs d’image convertissent la lumière en une image numérique qui est envoyée au processeur pour analyse.
• Les outils de traitement de la vision traitent et optimisent une image à des fins d’analyse. Pour ce faire, l’image est examinée pour en extraire l’information requise ou des algorithmes sont utilisés pour effectuer l’inspection nécessaire et prendre une décision connexe.

• Un dispositif de communication envoie un signal d’E/S TOR ou des données sur une connexion série à un autre dispositif qui consigne les informations ou les utilise.

• Une lumière éclaire la pièce inspectée de façon à ce que ses caractéristiques ressortent et puissent être clairement vues par la caméra.

Applications des capteurs de vision

Dans de nombreux secteurs, les entreprises ont recours à des capteurs de vision pour effectuer des inspections simples en cas de réussite ou d’échec afin de garantir que les produits et la qualité des emballages respectent des normes strictes. Les capteurs de vision sont couramment utilisés pour détecter de façon précoce les problèmes de fabrication et d’équipement, ce qui permet d’économiser de l’argent et d’éviter la perte de temps de production.

La première étape de toute application de capteur est de localiser ou d’indexer l’objet ou la caractéristique d’intérêt dans le champ de vision de la caméra. Les outils de contour et de motif le font, détectant même des caractéristiques légèrement complexes comme des objets lumineux, du texte imprimé et des dimensions approximatives que les capteurs photoélectriques ne peuvent pas détecter.

Une fois que le capteur a une référence, il utilise les outils de reconnaissance géométrique, comptage des pixels, luminosité, contraste et détection des bords pour effectuer une inspection. Les données sont comparées aux spécifications, tolérances et seuils de l’inspection pour pouvoir prendre une décision, qui est communiquée sous forme de données binaires.

Outils de vision

Les outils de vision jouent un rôle important, même pour les inspections les plus élémentaires. Les outils de vision types regroupent des outils de reconnaissance géométrique, comptage des pixels, luminosité, contraste et détection des bords. Plus important encore, les capteurs de vision inspectent de nombreuses cibles dans une seule image et effectuent de multiples inspections en utilisant différents outils.

Ci-dessous certains de ces outils :

Outil de luminosité : renvoie la luminosité moyenne des pixels d’une zone d’intérêt. L'éclairage doit être stable et prévisible lors de l’utilisation de cet outil.

Outil de reconnaissance géométrique : fonctionne au mieux sur une surface à motifs avec un contraste précis et sur des cibles suffisamment petites pour permettre la variabilité et l’irrégularité dans le champ de vision. Cet outil peut être utilisé pour référencer un outil d’inspection ainsi que pour effectuer une inspection et un comptage.

Outil de contraste : un outil utile si les pièces non satisfaisantes présentent des variations imprévisibles. Un contraste élevé est utilisé dans une zone cible pour vérifier la présence/l’absence.