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CA 02378625 2002-03-20
DESCRIPTION
1. Dam2ine de l'invention
La présente invenfion se rapporte au domaine des équipements frour classifier
des pièces en 3 dimensions, ~articuüèrement dans le domaine du bois, par une
analyse de Ia fdrrne et des défauts de surFace de celles-ci.
2. Art antérieur
L'utilisation du ' bois dans la fabrication d'une grande gamme de biens, et
l'existence de diffërentes qualités de bois justifient de classifier ou de
grader le
bais selon sa valeur réelle. Cela permet de mieux aiguiller cette ressource en
fonction des usages et des besoïns des clients et aussi d'optimiser les
profits, car
les marges bénéficiaires sont très faibles pour les produ~feurs de bois.
Traditionnellement, dans l'industrie du bois, la classification du iris
d'oeuvre
raboté se fait par le biais d'opérateurs qualifiés: L'opérateur doit évaluer
te bois
et porter un jugement pour le classifier en grade 1, 2 ou 3. Le travail doit
se faire
rapidement de façon à produire au rythme d'une (1 ) pièce par seconde et fait
appel à révaluation de toutun jeu de critéres, selon des régies strictes.
Ref.: Comact db FinaI.QOC
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OPTINiISEÜR DE ~RADE.4 HArJTE PERFORMANCE
La classification dans l'industrie du boi$ est normée: des règles de
classification,
dont fintarprétatian relève d'une commission nationale, visent é assurer une
qualité type ou étalon entre des usines fabriquant 1a méme sorte de bois afin
d'obtenir des qualités uniformes. Les défauts qui doivenfi ètre relevés sont
les
suivant$ : noeud solide, noeud encastré, nQeud baTonnette, poches de résine,
m4ëlle, coloration bleue; coloration rouge; carie, poches d'écorce, fentes.
roulures, trous de ver {voir figure 2).
Et malgré que la classification ne peut étre considérée comme une science
exacte, an considère que les règles sônt assez explicites pour établir qu'un
maximum de 5% en deçà de la catégprie est une variatïort raisonnable entre
classificateurs.
En réalitè, à cause de la vitesse d'évaluation requise et aussi à cause des
besoins spécifiques de certains clients, les opérateurs travaillent sous
pression
et parsouci de laisser passer des dëfauts qui feraient en orle que tout un lot
de
bois serait refusé, leur évaluation est très stricte et il en résulte une
c< surqualité'a>. En conséquence environ 95% du bois est ma( classifié, c'est
è
dire qu'il est catégorisé dan$ ur1 grade inférieur, d'o~i un manque important
à
gagner.
L'autornatisation dans l'industrie du bois a amené des cadences de traitement
élevées, soit de ('ordre de plus dè 200 pièceslminute pour de nombreux
équipements. Et dans Ge rc~ntexte; ïa classification humaine au rythme maximal
de 60 piéces/minute constitua un goulot d'étranglement. Un systëme de
eléssification automatique et atteignant les vitesses die production des
autres
équipements pourrait engendrer ~i'ér~orrne5 gains de pro~rtabilité et de'
performance:
Dans le passé, plusieurs essais ont ëté faits pour développer des technologies
visant â automatiser le ravail de cla$si~çation. Très peu ont rëussi â
atteindre é
la fais le haut niveau de précision d'évaluation et de pertorrnance tout en
éliminant l'ïntervention humaine .
Diffèrentes tentatives ont mené au développement d'outils pour simplifier et
pour
accélérer la téche de classifica~tinr,_ Paur évaluer une pièce, ses 4 faces
fou sa
périphérie) doiveryt étre scruiées et analysées: Geci implique de pasi~ionner
,les
caméra$ par-dessus et sous le convoyeur transportant la piè~_ I~n des
problèmes qui se présentait était l'accumulatiorr de débris sur la caméras
inférieure . Dans le brevet tJ:S. 54.12220 [Moore ~tuarE G), on discute d'un
dispositif pour examiner des pièces de bois en vue d'une classi~catian dans
lequel les 4 faces sent examinées ,par un dispositif permettant de faire la
rotation
de chaque piëce pour exposer ses 4 faces longitudinales
' Par "Surqualité" on sous-entend que des matër~aux d'une excellcate qualité
spet ~]~g~ég p~ semple
dans une catégorie 4c moindne'qua]ité.
ReF : Comact ab Fina1_DOC 2
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fJPTIMI&EUR LIE GRADE.4 HAUTEFERFC?RMANCE
Mais jusqu'à maintenant, il semblerait qu'aucun équipement automatisé d'un
prix
raisonnable n'a réussi â dëpa5ser à la fois en terme de qualité et de ~ritesse
tes
performances de J'homrt~e dans la tàehe de classlficatlon et de prise de
décision
pour un traitement ultërieur des pièces.
t_'optimiseur de grade décrit dans cette invention facilite ia collecte de
données
$ur les 4 faces d'un objet â évaluer avec un minimum d'équipements
ingérüeusement confrgurés dans l'espace.
SOMMAIt~~
Le système d'optimisation proposé classifie des pièces de bais en graües avéc
une haute précision, une fait~le marge d'erreur et une vitesse de traitement
comparable aux autres équipements automatisés de transformation du bois dans
l'industrie, soit de (ordre de 240 piéces par minute. II intëgre : 1 ) une
structure;
2)un système de vision puissant comprenant plusieurs caméras Indépendar~tes
haute vifiesse couleurs reliëes à des ordinateurs ind~~ndants, un' système
d'éclairage approprië, des me$ureurs pour lecture de profils et des
dispositifs de
nettoyage automatigue; 3) un système ïnfarmatique intégrant un ordinateur
rna~e, plusieurs ordinateurs indépendants: haute vitesse reliës aux caméras,
un
ordinateur dédié â l'ldentiflcation des objets et formes, un ordtnpteur
$ffectu~r~t
les ~Iculs d'opümisation, ét un sy$t'eme expert d'optimisation avec calcula et
systèmes de rëfërenve intégrant les règles de classification standard pour le
bois
d'aeuvre dons (industrie; 4) un convoyeur transversal d'entrëe et de sortie.
Le système de vision permet de mesurer ~ivec preçision la forme efi (apparence
d'une pièce de bois sur ses quatre (4.) faces (au sur sa përiphérie). Les'
mesures
cc~nectëes incluent l'épaisseur, la largeur, ia longueur et la forme de la
pièce . De
plus, le systême de vision effectue 1a détection des défauts suivants : noeud
soude, noeud encastré, noeud baïonnette, poches de reaine, moëtle, coloration
bleue, coloration reuge, carie; poches d'écorce; fentes, roulures, trous de
ver:
Les mesurt~$ prises par les sous-systèmes de vision au dessus et sous le
convoyeur cool combinées et analysées par un systëme d'optimisation. Toutes
Jes caractërïstiques sont prises en compte dans le but de trouver la $olutipn
optimale de coupe et de classement de I~ piéce brute.
L'originalité de cette invention provient de I'assortlrnent de technologies
sophistiquëes combiné ~ une con~rguration spatiale optimisée des équipements:
Cet#e c4nfiguration spatiale est caraatéris~e par : a) un rcnvQyeur acheminant
les piëces de bais de fsçQn transversale par rapport e la structure de
I'optimiseur; b) un système de vision divise en deux sous-systèmes : un sous-
systèrne de vision au-dessus du convoyeur, ~t un sous-système de vision sous
le convoyeur; c) pour chaque sous-systéme de vision, - une inclinaison des
caméras par rapport à l'axe de mouvement du convoyeur de telle carte à
pouvt~ir
lire une face et une rive (facelrive) de façon séquontiellrv à -fa~ide d'arts
meure
Ref.: Co~m~,ct db ~'inal.DOC
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OPTIMISEUR DE GRADE ä NAflTE PEf?FDRMANCE
Calll~r~ (1B5 données seront concaténées); d) Lé tr~nSpOrt du boiS 9lJl' le
convoyeur est assuré par un minimum de points de contact avec la puce. Les
chair,as interrn~éàiaires et superflues pour la transport du bais saut
abaissées de
façon à ce que les piécss de bais soient accotëes sur les chaines extrémes
seulement.
Chaque saur-système est constitué de plusieurs camëras fixées tâtes à c8tes
sur Ia structure de'façon transvér$ale, de telle sorte à ce que toutes les
caméras
d'un méme sous-systéme de vision lisent simultanément une portion distincte de
la pièce ét que l'ensemble des données collectées çouvre deux faces
longitudirtaies complètes de la plëce.
Celte configuration spatiale p~rtioulière comparfe plusieurs avantages: 'i) La
position transversale du convoyeur combiné à ia position transversale des
systémés dé vision permet aisément de Itrs les données à des vitesses pouvant
dépasser 200 pièceslminute; 2) ta di~pOSition à angle du convoyeur par rapport
aux caméras permet de tire es : (A.) quatres faces de ta piècé en limitant lé
nombre de caméraslordinateucs et donc te caGt de l'équipement II est en effet
passible de lire imultanëment une facelrive (la périphérie supérieure) avec
les
caméras du haut et l'autre facelrive (la périphérie inférieure) avec les
caméras du
bas; 3) (abaissement de certaines ahaines du convoyeur réduit (encombrement
visuel tout en amétio~nt la stabilité des pièces; 4) foptimiseur de grade éveÇ
convoyeur transversal occupe un espace d'encorrmbremsnt-plus restreint qu'un
équipement avec convoyeur tangitudinal. L'inctinaisarf du convoyeur cant~ibue
aussi à aimir~uér (espace requis. 'b) le systëme~de nettoyage rend possible
(introduction de caméra$ Sous le convoyeur, malgré (ombrage, la poussiére ét
les copeaux pouvant obstruer les systèmes de vision.
Cette configuration spatiale particuli8re combinée à un assortiment de
technologies de'-saisie ét de traitement de l'information permet
d'afteindre~ies
cadences plus rapides (plus de 200 piëces par minute) et des précisions pUs
élévéés que les systèmes traditionnels (mains de 2% d'erreur de
classification).
DESCRIPTION dES DESSINS
La figure 1 représente une vue de coté ~u système d'optïmisatian, dans la
configuration préfërentiéllé;
La figure 2 représente un exemple des défauts repërés et analy$és par
l'c~ptimiseur de grade.
La figure 3 reprësente le système de visiarr; dans la çQnfiguration
préfërentielle;
La figure 4 représente le flux d'infQrrnation entre tes différentes
composantes de
faptimlseur de grade dans la çonfiguration praférenüelle;
~~: Comacc db PinaI.DOC 4
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OPrtMlSEUR pE GRADë Ä HAUTE PERFdRMAN~'
La figure 5 représente une photographie en perspective de foptimisateur de
grade, dans sa configuration préférenfteile_
DESCi~IPTffjN DöTAILLöE DE LA CON)"IGüRATI~N PRÉFÉRENTIELLE
La configuration préférentielle de l'optirniseur de grade intégra les éléments
suivants : une structure ultra-rolauste, un convoyeur tranwersal, un systéme
de
vision 'a angle de ~p degrés par rapport à Taxe de déplacement de fa pièce of.
un
système d'ordinateurs ïncluant un logiciel d'optirr~isa~on. L'optirnlseur de
grade
dont il s'agit traite des piëces longitudinales de bois d'une longueur
maximale de
18 pieds.
Cdrrvayeur : '
Dans la configuration préférentielle, le convoyeur transversal est incliné
d'un
angle d'environ 30 degrés par rapport à l'horizontal.
Sysfème de vision
Dans la confiiguratton préférentielle, le système de vision est constitu$ de 8
Caméras tinéàires numériques haute vitesse, haute résaluti4r~, voulaur
réparties
en 2 sous-systèmes de uision sitûés de part et d'autre du convoyeur:
Le premier sous-système dë vision comporte une sèrie de quatre (4) caméra$
ancrées c6tes à côtes et réparties également sur la structure dart~ 1e méme
axe
transversal (voir figure 3j. ce sous-système est situ$ au-dessus du convoy~~ir
efi
â angle d'environ 6D degré par rapport à celui-ci. II permet de capter les
données des faces longitudinales supérieures et longifiudinale latérale droite
rJe
la piéce analysée. Le second sous-système de vision comporte une -série de
quatre (4) caméras fixées c8tes à côtes et réparties également sur la
structure
dans le mëme axe transversal: il est itu~ au-dessous du convoyeur et é angle
d'environ 12~ degrés par rapport à çelui-ci. IL permet de capter !es données
des
faces tongitudin~lé inférieure et longitudinale latérale gauche de la pièce
analysr~e. Cette configuration spatiale des systémes de vision a été jugèe
optimale pour permettre de saisir des données sur deux faces longitudinales
d'une pièce par un mémo systéme de vision. Chaque systëme de vision collecte
les données sur 2 fare:â longitudinales, réduisant le nombre de caméras
reqUi$ès
de moitié.
Le sy$tème de vision comprend un systéme d'éclairage approprié favorisant.la
lecture optimale de données.
Ref.. Comact db .Final.IaOC
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OPTIMI$EIJR DE ORAOE l~ H.4EJ'TE PERFiDFtINANCE
Des dispositifs à air comprimë nettoient de façon automatique les cornpos8ntes
du systèmes de vision pour éliminer débris, poussiêres et copeaux qui peuvar~t
t'obstruer. Ces dispositifs peuvent ëtre actionnés manueH~:ment.
Le système de vi$ion peut inclure des mesureurs avac lecture des profils.
Systëme informatique
La configuration préfërer~tielle de foptimiseur de grade comporte un système
informatique doté da '11 ordinateurs autonomes haute vitesse dont le flux des
donnees est décrit dans la fgur-s 4. Parmi ces ordinateurs : un (9j Ordinateur
maure permet de çentrôler, et de suivre tes paramètres d'opërationhuit (8)
ordinateurs, reliés directeur~nt aux caméras t~ r~rdinateur par caméra) sont
~lé~üées à (acquisilion et au traitement préliminaire d'images; un (1 )
ordinateur
relié aux 8 ordinateurs précédents, intègre toute l'information relative à une
pièce, à ses défauts identités, caractérisés ei è ieurposition. Cette
information;
de méme que l'information transmise par le système de mèsurage est transTnise
à un ordinateur subséquent qui supporte un sâystème expert d'aptimisaüon des
pièces de bois. Ce syst'eme sxper~ détermine pour chaque pièce, la sotufiion
optimale recommandée. Le$ décisions de classification et les solutions de coup
optimales s4nt transfërëes è un automate programmable qui alimentera en
dannëes le poste de travail suivant tel que te système d'éboutage, d'ëtampage
ou autre.
Cette coni'ïguratiGn préférentielle permet d'analyser, de classifier et de
trouver les
solutions de coupe optimales pour des planche$ de bais, d'une ongueur
maximale de 16 pièrJs, à une vitesse pauv~nt dépasser 200 pistes Imin et avec
une marge d'erreur dur 2%.
kef.. Ca~nact db Fi~1.L10C G
