La vision industrielle

Sur le plan technologique, la vision industrielle a suivi le même cheminement que les appareils photos numériques : les équipements sont devenus plus puissants, plus faciles à utiliser, plus compacts. Elle prend diverses formes pour concerner les utilisateurs les plus divers (spécialistes aguerris et non spécialistes) et s’adapter au mieux aux applications. Lorsqu’elle a démarré sa carrière il y a une trentaine d’années, la vision industrielle a suscité beaucoup d’engouement, au même titre que les autres disciplines qui s’échinaient à vouloir «copier» l’homme : on parlait alors beaucoup de l’intelligence artificielle (reproduisant des modes de raisonnement du cerveau humain), de reconnaissance et de synthèse vocale, on commençait à évoquer les capteurs de goût et d’odeurs, etc. Toutes ces disciplines ont connu des débuts très difficiles avant de s’imposer et on voit aujourd’hui que dans bien des domaines, elles ont relevé l’homme de ses fonctions.... De toutes ces techniques, la vision est sans contexte celle qui s’est le plus démocratisée. Elle est aujourd’hui utilisée dans pratiquement toutes les industries pour vérifier qu’un objet ne comporte pas de défauts d’aspect, qu’il a les bonnes dimensions, les bonnes couleurs, les bons marquages (codes et caractères d’identification). La démocratisation des applications a été rendue possible par les progrès réalisés sur le plan technique mais surtout grâce à la baisse des prix et la simplifi cation de la mise en oeuvre. Aujourd’hui, un automaticien généraliste est capable de mettre en oeuvre des applications de vision courantes, en réalisant de simples paramétrages. C’était impossible hier car il fallait maîtriser les éclairages, savoir choisir les traitements mathématiques à effectuer sur les images et y associer la bonne puissance de calcul. Tout cela en faisait une affaire de spécialistes. La vision est à ce point démocratisée qu’elle en devient parfois à peine... visible ! Elle est à peine évoquée dans les spécifi cations de certains équipements «sur étagère» alors qu’elle se charge de (presque) tout. Des exemples ? On pense aux machines de contrôle dimensionnel sans contact proposées par les spécialistes de la mesure dimensionnelle (Mitutoyo, Zeiss, Hexagon, pour ne citer que les principaux). On peut citer aussi aussi les testeurs AOI (Automated Optical Inspection) présents dans les catalogues des fabricants de testeurs de cartes électroniques ou encore les lecteurs de codes d’identifi cation (à barres ou matriciels) proposés par les spécialistes de l’identifi cation automatique. Il s’agit dans tous les cas de systèmes très intégrés (la mécanique, les automatismes, l’électronique, le logiciel forment un tout indivisible) conçus pour ne pas désorienter l’utilisateur spécialiste du contrôle dimensionnel, du test de cartes ou de l’identification automatique. Il va sans dire que les fournisseurs de ces différentes disciplines n’auraient pas mis leur réputation en jeu si la vision n’apportait pas les plus sérieuses garanties en terme de fi abilité de résultats. Comme ils semblent loin les débats passionnés que l’on a connus aux débuts de la vision industrielle, où certains industriels rangeaient dans un placard des systèmes de vision, quelques semaines après les avoir installés, car ils ne donnaient pas de résultats fiables... Des produits de plus en plus conviviaux
Si la vision est de plus en plus accessible aux non spécialistes, elle n’en reste pas moins un métier à part. Par exemple, quand on regarde les quatre leaders généralistes dans le monde des automatismes (Siemens, Rockwell, Schneider et Mitusbishi), seul le premier a une offre, sans pour autant prétendre pouvoir rivaliser avec les leaders du marché. Le marché est surtout détenu par des spécialistes centrés sur la vision, avec à leur tête Cognex, l’incontestable leader mondial. En France, les principaux spécialistes sont surtout des distributeurs multimarques comme I2S (qui a démarré comme constructeur de caméras), Imasys, BFI Optilas ou Alliance Vision, qui commercialisent notamment les grandes marques de caméras (Sony, Dalsa, Basler). On trouve aussi des sociétés spécialisés dans les périphériques d’automatismes et plus particulièrement dans les technologies optiques, comme Baumer, Keyence et Sick. Parmi les autres noms importants, on citera les japonais Panasonic Industrial (ex Matsushita) et Omron, sans oublier National Instruments qui, en vision comme ailleurs, tisse sa toile au-delà des ses marchés traditionnels de l’acquisition de données et de l’instrumentation.... De plus en plus, les fournisseurs mettent l’accent sur la simplicité d’utilisation. Les spécifi cations techniques sont souvent reléguées au second plan. Il y a belle lurette que l’on ne parle plus de puissance de calcul (on ne cite plus le nombre de mips, ni même le processeur utilisé), on parle de moins en moins de la résolution des caméras et de la technique d’éclairage. Il faut dire que tout cela est bien maîtrisé par tout le monde, les fournisseurs ne comptent plus là-dessus pour marquer leurs différences. L’annonce toute récente du Checker 3 G de Cognex est particulièrement révélatrice de cette évolution. Ce produit dit de troisième génération est utilisable aussi bien comme capteur de présence/absence que comme capteur de contrôle dimensionnel, et il assure donc à lui seul des fonctions qui imposaient jusqu’ici de faire appel à des produits différents. L’argumentaire commercial met l’accent sur cette fonctionnalité ainsi que les fonctionnalités opérationnelles (cadence de contrôle, simplicité du paramétrage, robustesse) et se distingue des annonces récentes, qui mettaient l’accent sur les «à-côtés» de la vision (résolution, standard de communication, dimensions). CCD ou CMOS ?
Si la vision industrielle est désormais mature, il y a tout de même des évolutions technologiques. On peut citer par exemple la technologie de la «lentille liquide» mise en oeuvre sur les lecteurs de codes DataMan de Cognex, qui consiste à régler l’objectif de la caméra en appliquant une charge électrique à un fl uide contenu à l’intérieur de l’optique. Avec cette technologie, la mise au point automatique est assurée par une simple commande logicielle. On remplace ainsi l’objectif mécanique avec parties mobiles, dont on connaît les inconvénients en milieu industriel. Pour l’instant, il n’est pas envisagé d’utiliser les lentilles liquides sur les caméras destinées aux applications de vision. Une autre évolution technologique, beaucoup plus tangible, porte sur la technologie des capteurs de vision. Le capteur CCD, qui a longtemps régné sans partage, affronte désormais la concurrence des capteurs CMOS. En fait, historiquement, les capteurs CMOS sont apparus en 1967 et ont précédé de deux ans l’arrivée des premiers capteurs CCD. Mais la technologie n’était pas au point, ce qui avait laissé un boulevard aux capteurs CCD. Depuis quelques années, on a une redistribution des cartes avec l’arrivée en force des CMOS, qui présentent l’immense avantage de pouvoir intégrer des traitements électroniques sur la puce du capteur, chose impossible avec les capteurs CCD. La technologie CMOS présente également l’intérêt d’avoir une consommation plus faible. Autre différence, l’adressage des pixels se fait individuellement sur les capteurs CMOS et de façon séquentielle sur les capteurs CCD. De ce fait, les caméras avec capteurs CMOS peuvent travailler avec des vitesses de trames plus élevées que leurs homologues CCD. Par contre, les modèles CCD restent plus performants quand on a affaire à des faibles niveaux de lumière (mais les CMOS sont en progrès de ce côté là). Ils sont également plus performants lorsqu’il s’agit de réaliser des contrôles en dehors du spectre visible, dans les infrarouges ou les ultraviolets. On l’aura compris, il y a aujourd’hui de la place pour les deux technologies, c’est le besoin de l’application qui décide. Plusieurs standards de communication
Le capteur de vision est toujours associé à un contrôleur. Ce dernier peut prendre plusieurs formes. Dans certains cas, il est intégré dans la caméra. Dans d’autres, il est intégré dans un boîtier indépendant. Dans d’autres encore, il est incorporé dans un automate programmable, un PC ou un châssis PXI. Le choix d’une solution plutôt qu’une autre dépend de la complexité de l’application. Les caméras autonomes sont en général réservées aux applications relativement simples. Les systèmes avec contrôleur séparé visent des applications plus ou moins complexes, mettant en oeuvre plusieurs caméras, fonctionnant indépendamment ou pas. Dernier né de la gamme National Instruments, le NI EVS-1464RT dispose par exemple de 2 ports IEEE 1394 et 2 ports GigE Vision, ainsi que de 15 et 14 sorties TTL. Quant aux contrôleurs intégrés dans un système hôte (automate, PC industriel ou châssis PXI), il s’adresse surtout aux applications où la vision est intimement liée à d’autres fonctions d’automatismes, le «motion control» par exemple. Quant aux connexions des caméras aux contrôleurs, plusieurs standards de communication numérique sont en lice. Ils ne sont pas tous apparus sur le marché en même temps et l’arrivée d’un nouveau venu amène à chaque fois à s’interroger sur l’avenir des standards existants. En fait, à ce jour, tous ont leur place, cela dépend de la bande passante exigée par l’application. Les interfaces USB, IEEE-1394 (FireWire) et GigE (Gigabit Ethernet) sont des standards de l’informatique et présentent l’avantage d’une connexion bas coût. Pour les applications plus exigeantes en bande passante, le JIIA (Japan Industrial Imaging Association) a établi le standard CameraLink, dont le débit peut atteindre 7,14 Gbit/s. Celui-ci a connu une évolution récente avec le développement du standard PoCL (Power over Camera Link) qui permet d’utiliser le même câble pour transmettre les données et l’alimentation (comme pour USB, IEEE-1394 et, sans doute très bientôt, GigE Vision). FC