Projet Bibliographique. Caméra linéaire TDI

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1 Projet Bibliographique Caméra linéaire TDI License professionnelle gestion de la production industrielle Spécialité Vision industrielle 1

2 Sommaire Introduction 3 a)définition d un capteur 4 I] Caméra linéaire standard 5 a) Avantages et inconvénients 6 b) Le fonctionnement 6 II] Caméra linéaire TDI 8 a) Mode de fonctionnement 9 b) Pour quel type d applications 11 c) Exemple d application 12 d) Mise en œuvre 13 III] Conclusion 15 IV] Bibliographie 16 V] Résumé 17 2

3 Introduction Dans le cadre ce projet nous allons développer les caméras linéaire TDI (Time Delay Integration) nous allons voir comment cela fonctionne, pour quel type d'application on l'utilise, un exemple d application et la mise en œuvre. L inspection industrielle est un élément essentiel dans la fabrication moderne. Pour satisfaire un client les entreprises du monde industriel font de plus en plus appel à des systèmes de contrôle par vision. Ils cherchent aussi à augmenter le rendement de fabrication. Mais un problème s est posé c est la numérisation des images en un temps très courts. 3

4 a) Définition d'un capteur Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille. On fait souvent (à tort) la confusion entre capteur et transducteur: le capteur est au minimum constitué d'un transducteur. Un capteur linéaire est constitué d'éléments photosensibles qui sont appelés photo-sites ou photorécepteur. Sa disposition linéaire ne permet que l'observation d'une ligne contrairement aux caméras matricielles. Capteur linéaire : Capteur matricielle : -un photorécepteur est un composant capable de transformer un rayonnement lumineux en signal électrique. Ils existent principalement deux types de capteurs le CDD et le CMOS 4

5 I] Caméra linéaire Standard a)avantages et inconvénients b) Le fonctionnement 5

6 a) Avantages et inconvénients Avantages : - La caméra linéaire permet de réaliser des images de grande taille pour un coût réduit par rapport a une camera matricielle. - La caméra linéaire permet d acquérir une image ayant une luminosité homogène Elles sont surtout utilisées pour le contrôle qualité, par vision de produits plats en défilement continu mais aussi des produits qui possède un axe de révolution. Inconvénients : -Elle doit être correctement calibrée sinon certaines lignes de pixels apparaissent sombres. -L intensité lumineuse doit être relativement importante car le temps d exposition est court. b) Le fonctionnement 6

7 Le fonctionnement d une caméra linéaire standard est très simple, il est de scanner un objet qui est en défilement sur un tapis. Ensuite grâce à un capteur qui a pour but de capter la lumière émise on obtient une image qui est ensuite représentée par exemple sur un écran d ordinateur. Le capteur présent à l intérieur de la caméra linéaire est une ligne (barrette). La caméra linéaire permet d'acquérir une image ayant une luminosité homogène. La mise en œuvre est plus longue que par exemple pour les caméras matricielles car il y a davantage de paramètres qui sont : - la fréquence ligne - le temps d exposition - le nombre de ligne Tous ces paramètres doivent être défini avant même de faire la mise au point de l objectif. Ici sur le schéma apparait un codeur c est lui qui déclenche l acquisition des images lignes. Ce codeur couplé à l arbre moteur entraine le convoyeur envoi n impulsions à la caméra pour un déplacement de d mm. Mais un problème avec ces caméras linéaires standard est apparu lorsqu on a souhaité augmenté la vitesse de défilement des objets a observés. Lorsque l encodeur produit des impulsions a un rythme plus élevé les lignes formant l image ont tendance à s assombrir car les photorécepteurs ont moins de temps pour recueillir la lumière. 7

8 II] Caméra linéaire TDI a) Mode de fonctionnement b) Pour quel type d applications c) Exemple d application d) Mise en œuvre 8

9 a)fonctionnement Suite a la complication rencontrée avec les caméras linéaires standard une solution a été trouvée avec les caméras linéaires TDI. Le fonctionnement de la caméra linéaire TDI est un peu plus complexe de la caméra linéaire standard. Voici le schéma d un capteur d une caméra linéaire TDI si on le prend pour exemple nous avons : 1ére ligne TDI 96éme ligne TDI Résolution : 2048x96 lignes (TDI) Ici nous avons la direction de l objet Ici sur le schéma présenté ci-dessus on peut voir que le capteur et composé d un réseau parallèle de 96 capteurs en lignes. Exemple de capteur : 9

10 Codeur Comme les caméras linéaires standard la caméra linéaire TDI dispose d un encodeur qui permet une bonne synchronisation du taux de balayage de la camera avec la vitesse de défilement du tapis. Le principe de la technologie TDI est basé sur les expositions multiples temporisées d un objet en mouvement. Si on prend l exemple d un capteur qui est composé de 96 capteurs disposés en parallèle. A la fin d une période d exposition l accumulation de l intensivité de la ligne précédente et ajouté a la ligne suivante. Ensuite lors de l exposition suivante des nouvelles informations sont recueillies et elle sont ajouté a celle déjà existante et donc la nouvelle somme est déplacé vers la ligne suivante et ainsi de suite. Enfin après la 96éme expositions la somme de toutes les lignes sort comme un signal vidéo. 10

11 1ére ligne TDI Dernière ligne TDI Comme le démontre le schéma ci-dessus on a une accumulation des données. A chaque exposition le capteur accumule de la lumière. On remarque que lors de la première exposition on obtient un objet gris clair et donc plus l objet avance plus il accumule de lumière et mieux il est perceptible. Avec un capteur qui est composé de 96 capteurs en parallèle on a une sensibilité 96 fois supérieure à une caméra linéaire standard. Avantages de ces caméras : - Haute vitesse -Travail en faible lumière Le problème avec ces caméras c est qu il faut qu elle soit bien synchronisée car il faut que l objet ce soit déplacé assez loin pour que le capteur de la prochaine ligne soit prêt pour l exposition mais aussi qu il est déjà accumulé l exposition de la ligne précédente. b) Pour quel type d applications Les caméras linéaires TDI sont utiles là ou les objets se déplacent à des vitesses élevées, comme dans les systèmes postaux ou la lecture doit se faire rapidement mais aussi avec la différence de taille des colis, ou lorsque l éclairage de forte intensité pourrait causer des dommages aux produits (par exemple l inspection d aliments ou produits pharmaceutiques) mais aussi dans le scan de documents. Donc ces caméras se trouvent principalement dans les applications industrielles. 11

12 c) Exemple d application Un type d application d une caméra linéaire TDI. Donc ici nous avons l inspection de plaquettes de silicium qui sont utilisé dans les panneaux photovoltaïques. On a ici un défilement d objet rapide sur une chaine de production qui nécessite une vérification de l état des objets. Comme on peut le voir pour cette vérification on ne nécessite pas une lumière importante qui pourrait détériorer le panneau ou rendre sa surface illisible donc on a besoin d une faible source de lumière ce qui nécessite ce type de caméra. Ici le but de la caméra est de détecté des microfissures sur les panneaux. Ces microfissures apparaissent en blanc sur l écran. 12

13 d) Mise en œuvre Présentation d une caméra linéaire TDI de chez Teledyne DALSA : Capteurs linéaires de 512 à 2048 pixels Capteur TDI avec 96 niveaux d intégration Pixels carrés de 13 µm Fréquence de lignes maximale de 64,1 khz pour 512 pixels Débit de données maximal de 40 MHz Sortie vidéo 8 bits EIA -644 (LVDS) Sensibilité 1950 DN/(nJ/cm2) Boîtier compact (50 x 50 x 88) mm³ Alimentation en courant de 12 V à 15 V / < 5,5 W Teledyne DALSA est le leader mondial depuis prés de 30 ans avec une dizaine de brevet et donc l innovation et l amélioration des performances dans la conception et la fabrication de capteur CDD. 13

14 Exemple de synchronisation : Si on prend par exemple l inspection d un objet de 10 cm se déplaçant a 2m/s et on veut sur le web que 100 microns soit représenté par un pixel de 13 microns. Nombre de pixels nécessaire : largeur total Résolution désirée = 10cm/100µm =0.1m/0.0001m 1000 pixels Agrandissement : taille du pixel voulu Résolution désirée Synchronisation : la vitesse de déplacement Résolution désirée =13/100 =0.130 = 2m/100µm =2/ =20kHz Voila ce que conduit une bonne synchronisation de la caméra : une image nette Une mauvaise synchronisation conduit a sa : une image floue 14

15 Conclusion Dans ce développement on a pu voir la différence qui pouvait exister entre une caméra linéaire standard et une caméra linéaire TDI. Avec la différence des capteurs que l un sur la caméra linaire standard qui est une barrette et celui de la caméra linéaire TDI est une barrette couplée a des capteurs TDI placés en parallèle ce qui permet d accumuler une charge de lumière plus important ce qui induit a des différentes installations qui donc nécessite un faible éclairage ce qui réduit le coût d installation d un système de vision sur une ligne de production. Mais aussi la différence qui existe entre ces deux caméras c est que la caméra linéaire TDI travail a haute vitesse ce qui permet un défilement des objets a observer plus rapide et donc un gain de temps pour les industriels. Enfin ce projet m a permis de comprendre la différence fonctionnement entre une caméra linéaire standard et une caméra linéaire TDI avec leurs avantages et leurs inconvénients. 15

16 Bibliographie : -Cours UE6 Vision industrielle (pour différentes définition)

17 Résumé Dans ce projet vous trouverez tout d abord la définition d un capteur. Et ainsi constater la différence entre un capteur matricielle et un capteur linéaire. Ensuite mon sujet traite sur les caméras linéaire TDI avec son mode de fonctionnement ; les types d applications pour lesquelles ils sont faite et aussi un exemple d application. Dans ce dossier on pourra aussi voir la différence qu il peut avoir entre une caméra linéaire standard et une caméra linéaire TDI avec l utilité d une bonne synchronisation pour éviter toutes images floues. 17