Auteur: Karl D’haveloose
Les capteurs et la technologie de la vision par ordinateur existent dans tous les formats et pour toutes sortes d'usages. Bientôt, en février, vous pourrez d'ailleurs découvrir tout ce qui se fait de mieux au niveau mondial dans le domaine de ces systèmes et de leurs différentes utilisations à l'occasion du salon Indumation.be 2024. Les améliorations et la baisse des prix des systèmes de vision industrielle ont entraîné une augmentation de l'utilisation de ces derniers pour la réalisation d'inspections, mais plusieurs facteurs doivent néanmoins toujours être pris en compte avant de procéder à l'achat de tels systèmes. La principale question que l'on doit se poser est en fait la même que celle que l'on vous pose immanquablement lorsque vous déambulez, l'eau à la bouche, dans le showroom d'un concessionnaire automobile, à savoir : "Quel est votre budget ?"
Les progrès technologiques ont donné naissance à de nouveaux capteurs de meilleure qualité, qui permettent aux caméras de vision industrielle d'offrir davantage de possibilités et de fonctionnalités à un coût plus bas que jamais. Tous ces avantages incitent donc les entreprises d'un nombre croissant de secteurs et de toute envergure à adopter ces nouvelles caméras améliorées et plus abordables. Mais quel que soit le secteur d'activité, un certain nombre de facteurs doivent absolument être pris en compte lors de la recherche d'une solution de vision industrielle.
Cela fait déjà plusieurs décennies que les entreprises utilisent des systèmes de vision industrielle à des fins d'inspection lorsque leurs produits ont une grande valeur ou présentent un risque potentiel s'ils sont défectueux. Mais aujourd'hui, l'inspection par vision est devenue plus abordable pour les entreprises qui souhaitent fabriquer des produits de qualité, même si ceux-ci n'ont pas nécessairement une grande valeur ou s'ils ne présentent pas de risque potentiel lorsqu'ils sont défectueux. Parmi ces produits, citons par exemple la quincaillerie (clous, vis, etc.), le carton ondulé et les emballages en plastique.
Balayage linéaire ou balayage de zone ?
Photo : Les caméras à balayage de zone sont utilisées pour inspecter des produits discrets, tels que des flacons de produits pharmaceutiques ou des canettes de soda.
Le type de caméra dont un fabricant a besoin, qu'il s'agisse d'une caméra à balayage linéaire ou d'une caméra à balayage de zone, dépend de l'utilisation qu'il compte en faire. La plupart des gens comprennent la technologie qui se cache derrière une caméra à balayage de zone, qui est semblable à celle d'un appareil photo numérique haute résolution. Les caméras à balayage de zone produisent des images 2D présentant des éléments horizontaux et verticaux.
Le principe des caméras à balayage linéaire est plus difficile à appréhender. Les caméras à balayage linéaire observent une même ligne et construisent ensuite une image 2D en déplaçant l'objet par rapport à la caméra tout en prenant continuellement des clichés d'une même ligne. Si l'objet n'entre pas dans un champ de vision pratique, mieux vaut envisager l'utilisation d'une caméra à balayage linéaire. Les caméras à balayage linéaire sont le plus souvent utilisées pour inspecter une 'toile', comme lorsque l'on a affaire à de grands rouleaux de papier, de tissu, d'aluminium, d'acier ou des plaques de verre.
Si le but poursuivi est d'inspecter un rouleau de papier de 50.000 mètres, il n'est pas possible de le faire en une seule prise de vue avec une caméra à balayage de zone. Dans un tel cas, il faudra avoir recours à une caméra à balayage linéaire, car l'objet – dans le cas présent, le rouleau de papier – est déjà en mouvement dans le cadre du processus de production normal. La caméra à balayage linéaire enregistre les lignes du rouleau de papier en plusieurs images 2D. Si chaque image comporte 1.000 lignes, la caméra enregistre 1.000 lignes dans une image 2D, puis les lignes de 1001 à 2.000 dans l'image suivante, et ainsi de suite. La caméra décompose le rouleau de papier de 50.000 mètres de long en images 2D, mais rien n'est perdu au cours de ce processus.
Photo : Les caméras à balayage linéaire sont utilisées pour inspecter une 'toile', telle que des rouleaux de papier.
De nombreux projets de vision industrielle requièrent l'utilisation d'une caméra à balayage de zone. Si le projet consiste à inspecter des boîtes en aluminium, des bouteilles en verre ou des objets discrets, ce choix est probablement le plus judicieux. Une caméra à balayage linéaire est utilisée dans les cas où une caméra à balayage de zone n'a pas de sens, par exemple si une résolution plus élevée que celle que peut offrir la caméra à balayage de zone est nécessaire ou si l'objet ne peut pas être filmé dans un champ de vision normal.
Exigences en matière de résolution
La résolution est un facteur primordial dans le choix d'une caméra de vision industrielle. Pour calculer la résolution, vous devez connaître la taille du champ de vision et savoir quelle est la plus petite caractéristique devant être analysée. Le terme 'caractéristique' fait généralement référence aux défauts d'un produit ou à un très petit élément sur l'objet. Il peut s'agir d'un élément qui est censé être présent, comme par exemple un petit trou dans un circuit imprimé, ou d'un élément qui n'est pas censé être présent, comme par exemple une rayure sur une plaque en aluminium. Dans un cas comme dans l'autre, il est nécessaire de détecter la nature de cette caractéristique, qu'il s'agisse d'un défaut ou d'un élément qui devrait être présent.
Lorsqu'on leur demande quelle est la taille de la caractéristique devant être détectée, beaucoup ont tendance à vouloir se procurer une caméra qui détecte 'tout'. Or, cette approche n'est pas toujours réaliste – ni nécessaire d'ailleurs. La résolution est l'un des principaux facteurs qui déterminent le coût des caméras. Il est certes important de pouvoir compter sur une résolution aussi élevée que nécessaire, mais il est inutile de vouloir trop en faire. La règle d'or est généralement la suivante : pour pouvoir détecter avec précision une caractéristique d'une certaine taille, il faut qu'au moins trois pixels couvrent cette zone. Il n'est en effet pas toujours possible de détecter un élément en interprétant un seul pixel. La présence de plusieurs pixels sur l'élément permet de s'assurer qu'il ne s'agit pas d'une aberration. Par exemple, si vous souhaitez détecter un élément aussi petit que 1/100 de pouce, choisissez une taille de pixel trois fois plus petite, soit 3/1000 de pouce.
Plus la résolution est élevée, plus il est facile d'identifier les objets, mais il est temps de prendre en compte le coût du système par rapport à la résolution requise. Avant de prendre une décision, faites quelques essais. Demandez à un fabricant de vous prêter une caméra ou utilisez un appareil photo haute résolution pour vous faire une idée de la résolution nécessaire pour pouvoir voir ce qu'il faut voir.
Cadence d'images
Si le projet consiste à inspecter un objet discret, comme une boîte de conserve, une bouteille ou un piston, combien de ces objets doivent être inspectés par seconde ? Combien de ces objets passeront devant un même point dans l'espace au cours d'un certain laps de temps ? Y en aura-t-il trois par seconde ? Cinquante par minute ? La caméra doit pouvoir enregistrer au moins à cette cadence. Et mieux vaut prévoir une petite marge supplémentaire. Si le projet exige une caméra capable d'enregistrer 25 images par seconde, choisissez-en une qui peut en enregistrer 30. Cela vous laissera une certaine marge d'erreur.
Les caméras à balayage linéaire nécessitent un peu plus de calculs pour déterminer la cadence d'enregistrement appropriée, mais ce n'est pas très compliqué non plus. Une fois la résolution déterminée, calculez la vitesse de déplacement de l'objet et déterminez le nombre de lignes à enregistrer en une seconde pour obtenir la résolution requise. Si vous avez besoin d'une résolution en pixels de 3/1000 de pouce et que l'objet se déplace à une vitesse de 100 pouces par seconde, la cadence d'images minimale de la caméra à balayage linéaire devra être de 33.333 lignes par seconde, soit une fréquence de 33,3 kHz.
Normes d'interconnexion
Il existe plusieurs normes d'interconnexion parmi lesquelles choisir, et ce choix repose sur deux exigences : la vitesse et la distance entre la caméra et l'ordinateur. Si la vitesse est une priorité, optez pour une interconnexion offrant des vitesses suffisamment élevées pour transférer les données de la caméra à l'ordinateur hôte aux vitesses requises. Les normes Camera Link, Camera Link HS, 5 ou 10 GigE et USB3 Vision sont quelques-unes des normes offrant les vitesses les plus élevées. Camera Link HS est l'une des interconnexions les plus rapides disponibles à l'heure actuelle, mais elle nécessite une carte d'acquisition d'images. USB3 Vision n'est pas aussi rapide que Camera Link HS en termes de vitesse. Cependant, la connexion USB est généralement intégrée à l'ordinateur, ce qui permet de se passer d'une carte d'acquisition d'images ou de tout autre matériel supplémentaire pour récupérer les données.
Certains préfèrent la norme GigE Vision parce qu'elle est basée sur la spécification Gigabit Ethernet et qu'elle permet de couvrir de longues distances entre la caméra et l'ordinateur. Si la caméra doit se trouver à une grande distance de l'ordinateur (plus de 10 à 15 m), GigE Vision est un choix judicieux. Une connexion 1 GigE est plus lente que les normes Camera Link et USB3 Vision, mais elle peut s'avérer le seul choix possible si la caméra est éloignée de l'ordinateur. La vitesse peut être augmentée en se dirigeant vers des appareils de 5 ou 10 GigE, mais les vitesses GigE plus élevées affectent la longueur maximale du câble et nécessitent également des câbles Ethernet plus performants pour préserver l'intégrité des données.
Pour les projets nécessitant une connexion 1-GigE pour la distance, les fabricants s'efforcent de réduire ou d'éliminer cet obstacle à la vitesse. Certains ont trouvé des moyens de transférer les données plus efficacement en utilisant des méthodes similaires à la compression pour augmenter la vitesse effective de la norme GigE Vision tout en conservant l'avantage de la longue distance entre la caméra et l'ordinateur. Si le projet nécessite le recours à la norme GigE Vision, contactez le fabricant pour savoir ce que ce dernier a à offrir pour améliorer l'efficacité.
Longueur d'onde de la lumière
La longueur d'onde de la lumière n'est pas importante pour tout projet. Certains domaines d'application exigent toutefois que la caméra soit sensible à certaines ondes lumineuses. Lors de l'inspection de devises, par exemple, il peut y avoir des éléments de sécurité qui ne sont visibles qu'aux UV ou aux infrarouges. Dans ce cas, il faut s'assurer que la caméra est suffisamment sensible à cette longueur d'onde pour que l'inspection puisse être menée à bien. Une source lumineuse présentant les propriétés de longueur d'onde correspondantes est également nécessaire pour que la caméra puisse visualiser la caractéristique en question. Pour la plupart des projets, on utilise de la lumière blanche ou de la lumière à large spectre, et n'importe quelle caméra ordinaire devrait suffire. Si toutefois l'inspection nécessite un éclairage particulier, assurez-vous que la caméra est adaptée à la longueur d'onde requise.
Dans certains cas, comme celui des marques d'authenticité figurant sur les billets de banque, le rayonnement UV ou infrarouge est utilisée dans le cadre du processus d'inspection. Dans de tels cas, la caméra doit être sensible à la longueur d'onde lumineuse requise.
Environnement
De nombreux systèmes de vision industrielle sont installés dans des endroits très chauds. Or, les caméras sont constituées d'équipements électroniques sensibles et sont donc affectées par la température. Chaque fabricant de caméras fournit des spécifications concernant la température de fonctionnement de ses produits. Notez toutefois que si l'environnement dépasse ces spécifications, cela ne signifie généralement pas que la caméra ne fonctionnera pas ; cela signifie plutôt que les performances de la caméra peuvent diminuer au fur et à mesure que les limites de ces spécifications sont dépassées. Le plus souvent, les performances diminuent dans un environnement chaud parce que la caméra devient plus 'bruyante', ce qui signifie qu'il y a des variations involontaires de luminosité dans les images. En outre, le dépassement des spécifications de température a généralement un impact négatif sur la durée de vie de la caméra.
Pour maintenir la caméra dans les limites de sa température de fonctionnement, de nombreux fabricants ont mis au point des méthodes de dissipation de la chaleur. Lorsque vous envisagez d'acheter une caméra, veillez donc à évaluer la température ambiante, à vous renseigner sur les spécifications de la caméra et à discuter des options que le fabricant peut offrir pour assurer le bon fonctionnement de la caméra.
Des caméras personnalisées
Si vous prévoyez d'acheter une grande quantité de caméras au fil du temps, il est possible que les fabricants soient disposés à vous proposer un certain degré de personnalisation. Si vous n'avez besoin que d'un ou deux systèmes de vision industrielle pour une ou deux lignes de production de votre usine, les options d'achat se limiteront probablement à des caméras dotées de fonctions et de caractéristiques standard. En revanche, si vous avez besoin de 1.000 systèmes de vision par an pendant plusieurs années, certains fabricants vous proposeront un degré élevé de personnalisation. Dans de tels cas, il peut être possible de supprimer des fonctions coûteuses et inutiles ou d'ajouter une fonction qui n'est pas incluse dans le produit standard. Si vous prévoyez d'acheter un grand nombre de caméras à long terme, il peut donc être utile d'en informer le fabricant afin de voir si l'une de ces options peut être négociée.
Budget
Tout comme la résolution et la vitesse, le coût constitue lui aussi un facteur essentiel dans votre décision d'achat. À ce stade, si la décision d'acheter et d'installer un système de vision a été prise, des évaluations de la rentabilité de la technologie et des projections de retour sur investissement ont probablement déjà été effectuées. Et ce sont précisément ces évaluations qui permettront de déterminer le budget disponible pour la caméra.
Comme c'est le cas pour la résolution, le coût détermine lui aussi ce qu'il est possible de faire avec un système de vision industrielle. Bien que l'on puisse souhaiter inspecter un produit jusqu'à son niveau atomique, la somme à débourser pour atteindre ce niveau de résolution peut s'avérer prohibitive. Les acheteurs doivent par conséquent estimer le coût du système de vision par rapport au retour sur investissement escompté.
L'une des façons d'aborder le processus de choix d'une caméra consiste à procéder à rebours, en plaçant le coût en tête des considérations. Cela évite aux acheteurs de s'engager sur la voie de l'achat d'une caméra impayable.
Conseils rapides pour choisir une caméra (budget first – features after)
- Commencez par déterminer votre budget, car c'est lui qui déterminera la résolution.
- La résolution de la caméra doit, au minimum, permettre une couverture de trois pixels de la zone d'une caractéristique.
- Choisissez une caméra dont la cadence d'images est légèrement supérieure à ce qui est nécessaire.
- La vitesse et la distance entre la caméra et l'ordinateur déterminent la norme d'interconnexion de la caméra.
- Assurez-vous que la caméra pourra fonctionner correctement dans les conditions d'éclairage et d'environnement dans lesquelles les inspections seront effectuées.
