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Technologie des caméras de vision industrielle

Les caméras de vision industrielle jouent un rôle essentiel dans les applications de vision, en particulier dans le contrôle automatisé de la qualité. En combinaison avec des contrôleurs de vision industrielle et un logiciel de traitement d’images 2D, les données d’images à haute résolution sont analysées, ce qui permet d’identifier les erreurs ainsi que les irrégularités dans les processus de production.

Qu’est-ce qu’une caméra de vision industrielle ?

Une caméra de vision industrielle fait partie intégrante du système de traitement d’images 2D. Sa fonction principale est d’enregistrer des images qui sont ensuite traitées par une combinaison de composants matériels et logiciels. Les informations obtenues sont traitées pour différentes applications.

Un exemple typique d’application de traitement d’images dans un système de fabrication est le contrôle qualité, le contrôle de présence et le contrôle d’exhaustivité. Il s’agit d’analyser une caractéristique spécifique d’une pièce produite sur une ligne de fabrication. Il est ainsi possible de vérifier si la pièce répond aux critères de qualité ou si elle doit être rejetée, le cas échéant.

La caméra fait partie du système de traitement d’images. Il se compose des composants suivants :

Principaux composants des systèmes de traitement d’images 2D

Guide de sélection de l’objectif approprié

Détermination simple et automatique de l’objectif adapté pour la caméra industrielle via le calculateur de vision :

Ce qui distingue les caméras de vision industrielle et des Smart Cameras

Caméras de vision industrielle

  • L’évaluation des images s’effectue via le contrôleur de vision industrielle et le logiciel de traitement d’images

  • Il est possible de connecter plusieurs caméras sur un seul contrôleur de vision industrielle

  • Les temps de processus sont plus rapides grâce à la puissance de calcul élevée du contrôleur de vision industrielle

  • Convient aux tâches d’inspection à très haute résolution

  • Format compact de la caméra



 

Smart Cameras

  • L’enregistrement et l’évaluation des images s’effectuent dans la Smart Camera

  • Affichage des données via des interfaces intégrées

  • Technique d’éclairage intégrée en option

  • Pas besoin de contrôleur supplémentaire



 

Possibilités d’utilisation des caméras de vision industrielle

Contrôle de la position

Positionnement robotique

Mesure des pièces

Contrôle qualité

Contrôle de présence

Surveillance des processus

Lecture de code

Solution fiable pour les applications multisectorielles

Industrie automobile

  • Contrôle qualité des portes intérieures de voitures

  • Contrôle qualité des blocs-moteurs

  • Détection de position pour le vissage automatisé

Industrie électronique

  • Contrôle de la position des platines

  • Contrôle de l’alignement des composants

  • Inspection des connecteurs et des câbles

Industrie de l’emballage

  • Vérification de l’absence de dommages, de salissures ou d’étiquettes manquantes sur les emballages

  • Contrôle des étiquettes d’emballage

  • Contrôle de la durée de conservation minimale des bouteilles en PET

Industrie agroalimentaire

  • Alignement de canettes de boissons 

  • Contrôle des étiquettes sur les emballages

  • Inspection de bouchons fixés

Ce qui distingue les caméras linéaires et des caméras matricielles

Le tableau suivant résume les principales différences entre les caméras linéaires et matricielles :

Caméras matricielles

Capture d’images de surfaces 2D complètes (avec prise de vue)
Haute qualité d’image
Idéale pour les objets fixes
Convient au traitement d’images général



Caméras linéaires

L’image est capturée ligne par ligne (un mouvement est nécessaire pour détecter l’objet)
La qualité d’image dépend du mouvement et du moment de l’enregistrement de l’image
Idéal pour les applications impliquant des objets en mouvement et des matériaux en continu 
Vitesse élevée

Fonctionnement des capteurs CMOS avec Global ou Rolling Shutter

Pour les capteurs d’images CMOS, il existe deux procédés d’exposition qui contrôlent la manière dont une image est captée et chargée. Ces procédés déterminent le temps d’exposition et, donc, la quantité de lumière qui est émise sous forme de valeur convertie en électrons dans le capteur de la caméra. On fait la distinction entre Global Shutter et Rolling Shutter :

Global Shutter

Exposition de toute la surface de l’image à la fois 
Pour les applications statiques et dynamiques
Pas de distorsion de l’image pour les objets en mouvement

Rolling Shutter

L’exposition des lignes est temporisée
Pour les applications statiques
Distorsion de l’image en cas de mouvements rapides de l’objet (effet « Rolling Shutter »)
Capture d’images fixes 

L’effet Rolling Shutter

Avec le Rolling Shutter, le temps d’exposition est le même pour tous les pixels du capteur, mais les lignes individuelles sont exposées successivement suivant un délai de temporisation. L’effet Rolling Shutter se produit lorsqu’un objet se déplace plus rapidement que le temps d’exposition et de chargement, d’où une distorsion de l’image due à l’exposition.

Gauche : Global Shutter; droite : Rolling Shutter

Caméra monochrome ou couleur ? Quand utiliser quoi ?

Image réelle

Capture d’images avec une caméra monochrome

Une caméra monochrome est capable de distinguer les objets de l’arrière-plan.

Capture d’images avec une caméra couleur

Une caméra couleur est capable de distinguer les objets les uns des autres et de l’arrière-plan.

Dans le traitement d’images industriel, on distingue les caméras monochromes et les caméras couleur. Les caméras monochromes détectent les niveaux de gris et se concentrent sur les différences de luminosité de l’image. Cela les rend particulièrement adaptées aux applications nécessitant des contrastes et des détails fins, comme l’inspection de surfaces ou la mesure d’objets.

En revanche, les caméras couleur peuvent enregistrer des informations sur les couleurs, ce qui leur permet de capter les surfaces avec plus de précision. Elles analysent l’ensemble du spectre de couleurs, offrant ainsi une restitution des images plus détaillée et plus polyvalente. Elles sont donc idéales pour les applications où la couleur joue un rôle important, par exemple dans le cadre du contrôle qualité des produits, où les différences de couleur peuvent indiquer des défauts matériels.

Aspects à prendre en compte lors du montage de caméras de vision industrielle

Pour garantir une capture d’images fiable, les instructions suivantes doivent être respectées lors du réglage de la caméra industrielle.
Outre l’orientation optimale de la caméra, le positionnement de l’éclairage joue un rôle déterminant. La forme de l’objet à examiner est déterminante pour la manière dont la lumière atteint la caméra, afin de créer le contraste le plus élevé possible. Il est important de tenir compte, par exemple, de l’angle et des réflexions qui en résultent. 

L’interface des caméras de vision industrielle

Une interface Ethernet pour caméras industrielles permet de transférer des données d’images sur un réseau. Cette interface est souvent utilisée dans le traitement d’images industriel pour connecter des caméras à des contrôleurs de vision industrielle ou à d’autres appareils.

Gigabit Ethernet (GigE)

Gigabit Ethernet (GigE) est une technologie Ethernet qui permet des vitesses de transfert de données allant jusqu’à 1 gigabit par seconde (1 Gbit/s). Les principales caractéristiques du Gigabit Ethernet associées aux caméras industrielles sont les suivantes :
 
  • Transfert rapide de grandes quantités de données d’image

  • Intégration facile grâce au protocole standard

  • Possibilité d’utiliser plusieurs caméras sur un réseau


En outre, il est possible de raccorder la caméra de vision industrielle par câble via PoE (Power over Ethernet), ce qui permet à la fois l’alimentation électrique et la transmission de données via un seul port.


Résolution

La résolution d’un capteur indique le nombre de pixels : plus la résolution est élevée, plus la taille de pixel est petite (pour une taille de capteur équivalente) et plus les détails visibles sont fins. Les capteurs peuvent avoir des résolutions différentes pour les mêmes dimensions, car la taille de pixel peut varier. 

Fréquence d’image

La fréquence d’image indique le nombre d’images complètes capturées par une caméra par seconde. Une fréquence d’image plus élevée permet de capturer de nombreuses images dans des applications à cadence rapide.

Temps d’exposition

Le temps d’exposition détermine la quantité de lumière qui tombe sur le capteur CMOS et influence ainsi la luminosité de l’image captée. Un temps d’exposition plus long permet d’obtenir des images plus claires, mais peut également entraîner un flou lié au mouvement et un bruit d’image (parasitage) accru. Un temps d’exposition court permet des applications rapides et réduit le flou de mouvement associé. 

La bonne résolution pour chaque application

RésolutionPrécisionExemples
1,6 MPApplications ne nécessitant pas une résolution extrêmement élevéeReconnaissance optique des caractères, contrôle de montage, contrôle de présence
5 MPApplications nécessitant un niveau de détail moyenInspection des emballages
12 MPApplications nécessitant une précision élevéeInspection de pièces mécaniques fines
24 MPApplications nécessitant une résolution et une précision de détail très élevéesContrôle des circuits imprimés à la recherche de composants défectueux
Comparaison des produits