L’inspection dimensionnelle des éléments de fixation constitue l’une des tâches de mesure les plus exigeantes en vision industrielle. Les vis, boulons, écrous, rivets et pièces décolletées de précision doivent respecter des tolérances dimensionnelles très strictes. Le pas de filet, le profil du filet, le diamètre de tige, la hauteur de tête et la longueur totale doivent tous être mesurés avec une précision sous-pixel aux cadences des lignes de production. Un seul élément de fixation surdimensionné ou sous-dimensionné atteignant une ligne d’assemblage peut provoquer des défaillances de montage, des non-conformités de couple de serrage ou des pannes sur le terrain dans des applications critiques pour la sécurité.
Le système d’éclairage constitue la base de tout système de vision haute précision pour la mesure de la visserie. La détection de contours avec précision sous-pixel dépend entièrement de la production d’une image présentant un contour net et parfaitement défini au bord de l’élément de fixation. Cela nécessite un rétroéclairage offrant une uniformité élevée, une forte intensité et un profil de diffusion ajusté pour réduire la pénombre au minimum. Tout compromis sur la qualité de l’éclairage se traduit directement par une incertitude de mesure.
Pourquoi le rétroéclairage est essentiel pour la mesure des éléments de fixation
La mesure dimensionnelle des éléments de fixation par vision industrielle repose sur la détection de la silhouette de la pièce sur un fond lumineux et uniforme. La caméra acquiert l’ombre de l’élément de fixation projetée sur le fond éclairé. Les algorithmes de mesure détectent les contours de cette silhouette et calculent les dimensions à partir des coordonnées pixel des positions de contours.
Cette approche nécessite un rétroéclairage fournissant un fond lumineux et uniforme, totalement exempt de points chauds, de zones sombres ou de gradients. Toute non-uniformité du fond introduit un seuil dépendant de la position dans l’algorithme de détection de contours. La position apparente du contour se déplace alors en fonction de la luminosité locale du fond, ajoutant à la mesure une erreur systématique difficile à éliminer par étalonnage.
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Les rétroéclairages RODER Vision de la série BL sont conçus spécifiquement pour les applications de métrologie. L’uniformité de la zone active atteint 95 % ou plus sur toute la surface éclairée. Ce niveau d’uniformité maintient des seuils de détection de contours constants sur l’ensemble du champ de vision et permet une mesure dimensionnelle précise en tout point du champ.
Éclairage télécentrique et optique télécentrique
Dans les systèmes de vision standard, la taille apparente d’un objet sur l’image dépend de sa distance par rapport à l’objectif de la caméra. Un objet légèrement plus proche de l’objectif paraît plus grand ; un objet légèrement plus éloigné paraît plus petit. Pour la mesure dimensionnelle, cela signifie que toute variation de la distance entre la pièce et l’objectif (due aux variations de hauteur de la pièce, aux vibrations du convoyeur ou aux tolérances mécaniques du montage) introduit une erreur de mesure.
Les objectifs télécentriques résolvent ce problème en ne collectant que les rayons parallèles à l’axe optique. Un objet qui se déplace vers l’objectif ou s’en éloigne ne produit aucun changement de grandissement de l’image dans la profondeur de champ de l’objectif télécentrique. Cela fait des optiques télécentriques le choix standard pour la mesure dimensionnelle lorsqu’une haute précision est requise.
Exigences d’éclairage pour les systèmes télécentriques
Les objectifs télécentriques imposent une exigence spécifique pour l’éclairage : le rétroéclairage doit produire une lumière largement collimatée, c’est-à-dire que les rayons lumineux doivent être parallèles et dirigés le long de l’axe optique. Un rétroéclairage non collimaté génère une pénombre sur le bord de la silhouette. La pénombre est une zone de transition floue entre le fond lumineux et la silhouette sombre de la pièce, et sa largeur détermine l’incertitude minimale de détection de contours.
Pour les mesures dimensionnelles non critiques, un rétroéclairage standard à haute uniformité doté d’un bon diffuseur produit une pénombre suffisamment faible pour la précision requise. Pour les mesures les plus exigeantes (profil de filet à fort grandissement ou diamètre de tige à ±1 micromètre de précision), un rétroéclairage télécentrique est utilisé. Un rétroéclairage télécentrique intègre une lentille de collimation qui produit des rayons lumineux parallèles en surface de sortie, ce qui maintient la pénombre au minimum et génère le contour le plus net possible sur l’image de la caméra.
Mesure du profil et du pas de filet
L’inspection du filetage est la tâche de mesure géométriquement la plus complexe sur un élément de fixation. Le profil du filet comprend le pas de filet, l’angle de filet, le diamètre extérieur (majeur), le diamètre de noyau (mineur) et la forme du filet. Tous ces paramètres doivent être conformes aux spécifications pour que l’élément de fixation fonctionne correctement dans son composant d’assemblage.
Géométrie d’acquisition pour la mesure du filetage
La mesure du profil de filet nécessite d’orienter la vis avec son axe perpendiculaire à l’axe optique de la caméra. Le rétroéclairage éclaire la vis par l’arrière et la caméra acquiert la silhouette du profil du filet. Les sommets et les fonds de filet apparaissent sous forme de pics et de vallées périodiques sur le profil de contour de la silhouette.
Le grandissement doit être suffisant pour résoudre les détails individuels du filet. Pour des vis M3 avec un pas de 0,5 mm, un grandissement associant chaque pas de filet à au moins 20 pixels est nécessaire pour une mesure précise du pas et de l’angle. Un grandissement plus élevé, de 40 à 80 pixels par pas, améliore la précision de mesure mais réduit le nombre de filets visibles dans le champ de vision.
Angle d’éclairage et qualité de la silhouette du filet
Pour l’acquisition de la silhouette du filet, le rétroéclairage doit être placé directement derrière l’axe du filetage. Tout décalage angulaire entre le rétroéclairage et l’axe de la caméra entraîne un éclairage partiel des flancs de filet par l’avant, ce qui adoucit le contour de la silhouette en fond de filet. Le rétroéclairage doit être centré avec précision derrière la zone de mesure.
La longueur d’onde d’éclairage influe également sur la précision de mesure du filetage. Les longueurs d’onde plus courtes produisent des bords de diffraction plus nets sur l’image de la silhouette. Un éclairage bleu (470 nm) ou vert (525 nm) offre des contours plus nets qu’un éclairage rouge (617 nm) pour un même système optique. Pour les mesures de profil de filet les plus exigeantes, un rétroéclairage monochromatique bleu ou vert est préféré au blanc ou au rouge.
Inspection de la géométrie de la tête et de l’empreinte
L’inspection de la géométrie de la tête de vis couvre le diamètre de tête, la hauteur de tête et l’intégrité de l’empreinte. Les empreintes (Phillips, Torx, six pans creux, fendues et autres) doivent respecter la profondeur spécifiée et être exemptes de dommages ou de déformations. Une empreinte endommagée provoque des échecs d’assemblage lors du vissage automatisé et peut casser l’embout du tournevis.
Éclairage vue de dessus pour l’inspection d’empreinte
L’inspection d’empreinte nécessite une caméra vue de dessus orientée vers la tête de vis. L’éclairage coaxial constitue ici la technique la plus efficace. La lumière coaxiale se déplace le long de l’axe optique, pénètre dans l’empreinte et se réfléchit sur les parois et le fond de celle-ci. Le profil de l’empreinte apparaît sous la forme d’un motif de zones lumineuses et d’ombres caractéristique de sa géométrie et de sa profondeur.
L’éclairage en champ sombre sous des angles rasants convient parfaitement pour détecter les déformations ou les dommages sur le bord de l’empreinte. Les bavures, bords roulés et dégradations de surface qui resteraient invisibles sous éclairage coaxial diffusent la lumière en champ sombre et apparaissent sous forme d’anomalies lumineuses sur la surface sombre de la tête.
Éclairage annulaire pour les caractéristiques périphériques de la tête
L’éclairage annulaire situé au-dessus de la tête de vis fournit un éclairage frontal uniforme pour inspecter la géométrie périphérique de la tête, notamment le diamètre d’embase (collerette), la présence de rondelle et le marquage de surface. Un éclairage annulaire sous un angle modéré produit une image lumineuse et uniforme de la surface supérieure de la tête de vis, adaptée à la lecture de marquage, à la vérification de l’état de surface et à la mesure géométrique du périmètre de la tête.
Mesure de la longueur, du diamètre de tige et de la pointe
La longueur totale de l’élément de fixation, le diamètre de tige et la géométrie de la pointe constituent les trois derniers paramètres dimensionnels critiques pour la plupart des types de vis. Tous trois sont mesurés à partir de l’image de la silhouette en vue de profil à l’aide d’un rétroéclairage.
La longueur totale est mesurée comme la distance entre le sommet de la tête et l’extrémité de la pointe sur l’image de la silhouette. La précision de mesure dépend de l’étalonnage du grandissement et de l’uniformité du rétroéclairage. Le diamètre de tige est mesuré en plusieurs positions le long de la tige afin de vérifier l’absence de conicité, d’ovalisation ou de variation de diamètre. La géométrie de la pointe (angle de conicité, longueur de pointe et symétrie de pointe) est mesurée à partir de la silhouette de la zone terminale.
La pièce doit être maintenue avec son axe strictement perpendiculaire à l’axe optique de la caméra pendant la mesure. Toute inclinaison de l’axe de l’élément de fixation raccourcit la silhouette en perspective et introduit une erreur sur les mesures de longueur et de diamètre. Les outillages de maintien des pièces doivent limiter la position angulaire de l’élément de fixation à moins de 0,1° pour obtenir des mesures de longueur haute précision.
Considérations d’intégration pour l’inspection en ligne de la visserie
Les systèmes d’inspection en ligne d’éléments de fixation doivent gérer des pièces présentées par des bols vibrants, des rails vibrants ou des bandes transporteuses à des cadences élevées. Le système d’éclairage doit s’adapter à ces mécanismes de distribution et aux exigences de déclenchement du système de vision.
Le fonctionnement en mode stroboscopique est essentiel pour l’inspection en ligne des éléments de fixation. Les pièces se déplacent en continu sur le rail ou le convoyeur. L’éclairage est impulsé sur une durée très courte (typiquement de 10 à 100 microsecondes) synchronisée avec l’exposition de la caméra. Cette impulsion courte fige complètement le mouvement de l’élément de fixation, quelle que soit la vitesse de la ligne. Les rétroéclairages RODER Vision de la série BL3 prennent en charge le déclenchement stroboscopique avec des intensités de crête plusieurs fois supérieures à l’émission en mode continu, garantissant des images nettes sans flou de bougé et un contraste élevé à de fortes cadences de production.
Produits et technologies
Familles d’éclairages RODER Vision pour l’inspection de la visserie
Les familles de produits RODER Vision ci-dessous sont optimisées pour la mesure dimensionnelle d’éléments de fixation et l’inspection d’empreintes.
Série BL3 — Série de rétroéclairages LED
Rétroéclairage à haute uniformité pour la mesure de la silhouette d’éléments de fixation. Uniformité supérieure à 95 %. Déclenchement stroboscopique pour des images sans flou de bougé. Multi-longueur d’onde intégrant le bleu pour des contours nets.
DC6 – Anneau LED haute densité
Éclairage annulaire pour l’inspection vue de dessus des têtes de vis : empreinte, géométrie de la tête et marquage de surface. Option d’angle quasi-coaxial. Multi-longueur d’onde.
DL5 – Matrice de LED Haute Intensité
Forte intensité de crête pour l’inspection en champ sombre des têtes de vis : détection de bavures, dommages d’empreinte et défauts de surface. Impulsions stroboscopiques très courtes pour la présentation de pièces à haute vitesse.
DL6 – Matrice de LED à haute densité
Éclairage matriciel direct pour la lecture de marquage et la sérialisation sur la tête des éléments de fixation. Stabilité thermique HTTM pour les lignes d’inspection continue 24/7. Option UV pour la traçabilité des encres.
Questions fréquemment posées
Le rétroéclairage crée une silhouette à fort contraste de l’élément de fixation sur un fond lumineux et uniforme, la caméra faisant l’acquisition de l’ombre de la pièce. Les algorithmes de mesure dimensionnelle détectent les contours de la silhouette avec une précision sous-pixel. Cette approche est independent de l’état de surface ou de la couleur de l’élément de fixation et offre la plus haute précision pour la mesure de longueur, de diamètre et de profil de filet.
Un rétroéclairage télécentrique intègre une lentille de collimation qui produit des rayons lumineux parallèles. Cela réduit au minimum la pénombre au bord de la silhouette de l’élément de fixation et produit le contour le plus net possible sur l’image de la caméra. Il est indispensable pour les mesures dimensionnelles les plus exigeantes où les rétroéclairages standard produisent une pénombre trop large pour la précision requise.
Les longueurs d’onde plus courtes produisent des bords de diffraction plus nets sur l’image de la silhouette. Un éclairage bleu (470 nm) ou vert (525 nm) offre des contours plus nets qu’un éclairage rouge ou blanc pour un même système optique. Pour les mesures de profil de filet les plus exigeantes à fort grandissement, un rétroéclairage monochromatique bleu ou vert est préférable.
L’inspection d’empreinte nécessite une caméra vue de dessus et un éclairage coaxial. La lumière coaxiale se déplace le long de l’axe optique, pénètre dans l’empreinte et produit un motif caractéristique de zones lumineuses et d’ombres à partir duquel la profondeur et la géométrie de l’empreinte sont évaluées. L’éclairage en champ sombre sous des angles rasants détecte les bavures, bords roulés et défauts de surface sur le bord de l’empreinte que l’éclairage coaxial ne verrait pas.
L’éclairage en mode stroboscopique avec des durées d’impulsion très courtes (10 à 100 microsecondes) synchronisées avec l’exposition de la caméra fige complètement le mouvement de l’élément de fixation. Les éclairages RODER Vision des séries BL3 et DL5 prennent en charge le déclenchement stroboscopique avec des intensités de crête plusieurs fois supérieures à l’émission en mode continu, garantissant des images nettes sans flou de bougé et un contraste élevé à des cadences de production élevées.
Contacts et informations
Contact pour informations générales : info@roder.it
Partenaire d’intégration de systèmes et de capteurs : www.roder.it
Division Vision Artificielle de RODER : www.rodervision.com
Division Instruments de RODER : www.innovacheck.com
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