Sensor Instruments
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Qu'est-ce que la brillance?



On désigne comme brillance de l’objet la réflexion direct de la lumière dans la plage visible. La réflexion directe doit être observée dans sa « forme la plus pure », par exemple sur les surfaces du miroir, il vaut à cette occasion : Angle d’incidence = Angle de projection. L’angle est défini en partant des normales de la surface.


On a cependant généralement affaire à une réflexion mixte, du fait que la plupart des surfaces présentent une surface inégale (ce qu’on appelle la rugosité). La partie de la réflexion non orientée augmente dans ce cas au fur avec la rugosité. Il faut bien entendu au si tenir compte du fait qu’une partie du rayonnement incident est absorbée par l’objet ou traverse ce dernier.
Il existe donc une réflexion diffuse et une réflexion directe. La RÉFLEXION DIRECTE est intéressante pour la mesure de la brillance, tandis qu’on peut faire appel à la fois à la RÉFLEXION DIRECTE et à la RÉFLEXION DIFFUSE pour l’évaluation.
 
 
Réflexion diffuse
La surface consiste en « miroirs » disposés de façon aléatoire, les rayons incidents sont ainsi réfléchis dans toutes les directions.
 
Réflexion directe
La surface consiste en « miroirs » orientés, les rayons incidents sont ainsi réfléchis dans une direction.

 

Surfaces de calibrage

On utilise habituellement du verre noir ou un miroir argenté pour le calibrage de capteurs de mesure de la brillance !

Ces deux produits présentent une surface plane. En outre, la réflexion n’a lieu que d’une surface (réflexion presque totale dans le cas d’un miroir argenté, dans le cas d’une surface en verre noire seulement dans environ 5 % des lumières arrivant), le reste du rayonnement incident est cependant complètement absorbé, si bien qu’aucune contribution à la réflexion directe ne peut être livrée par la surface arrière.

Verre noir
La part de la lumière incidente réfléchie par le verre noir sert de mesure de référence, le degré de brillance sur le verre noir est ici définie à 100 (unité : [1]). degré de brillance (verre noir) = 100 ([1])
 
 
Miroir argenté
En cas d’utilisation d’un miroir argenté, cette surface sert de valeur de référence et est fixée à 100 (unité : [1]).
 

Angle de mesure

20°:
Pour les surfaces haute brillance
Un capteur de brillance à 20° est utilisé si les degrés de brillance >70GU doivent être déterminés. En d’autres termes, si le degré de brillance mesuré avec un brillancemètre à 60° est >70GU, un capteur de brillance à 20° est utilisé.

45°:
Standard TAPPI (industrie papetière) pour les surfaces brillantes

60°:
Pour les surfaces moyenne brillance
Un capteur de brillance à 60° est utilisé si les degrés de brillance >10GU à <70GU doivent être déterminés. Cette variante est un "tout-rond". Le capteur de brillance à 60° est donc standard pour la plupart des applications.

75°:
Standard TAPPI (industrie papetière) pour les surfaces mates

85°:
Pour les surfaces mates
Un capteur de brillance à 85° est utilisé si les degrés de brillance <10GU doivent être déterminés. En d’autres termes, si le degré de brillance mesuré avec un brillancemètre à 60° est <10GU, un capteur de brillance à 85° est utilisé.
 
[GU = Gloss Unit / degré de brillance]

 

20° from normal
Cette géométrie de mesure est essentiellement utilisée dans le cas des objets à haute brillance, comme par exemple de l’aluminium haute brillance, des films en plastique haute brillance ou bien des plaques de verre portant un revêtement.
 
En fonction de l’application, le capteur de brillance est calibré sur du verre noir ou sur un miroir argenté (ici version de capteur spécial).
 
45° from normal
Le degré de brillance du verre noir est de 100[1] (dans le cas des versions spéciales sur miroir argenté également 100[1]). Cette géométrie de mesure est employée presque exclusivement dans l’industrie papetière pour mesurer sur des surfaces de papier à haute brillance (ce qu’on appelle le standard TAPPI).
 
On calibre ici sur du verre noir. Le degré de brillance du verre noir est de 100 [1].
 

60° from normal
La variante la plus fréquemment utilisée. On l’utilise de façon optimale pour tous les objets de mat à brillant.

Ici aussi on calibre exclusivement sur du verre noir. Le degré de brillance du verre noir est de 100 [1].

75° from normal
Cette géométrie de mesure est utilisée de préférence dans l'industrie du papier pour mesurer des surfaces de papier mates (standard TAPPI).

Ici aussi on calibre exclusivement sur du verre noir. Le degré de brillance du verre noir est de 100 [1].
85° from normal
Cette géométrie de mesure sert essentiellement à mesures des surfaces très mates (par exemple des surfaces en bois mates).

On calibre ici aussi sur du verre noir, qui présente lui aussi le degré de brillance de 100 [1].
  

Appareils manuels pratiques

On trouve sur le marché toute une série d’appareils OFFLINE (appareils manuels), qui permettent de mesurer le degré de brillance, par exemple en laboratoire. Dans le cas du matériel ferroviaire, on prélève généralement un échantillon au début de la production, pour une mesure en laboratoire. Un nouveau prélèvement d’échantillon a alors lieu à la fin de la production. Il n’est dans ce cas pas possible de procéder à une mesure de la brillance dans des conditions raisonnables entre le début et la fin de la production. Lors de la production de panneaux en revanche, il est aussi possible de prélever un échantillon pendant la production, bien que cette méthode prenne beaucoup de temps et que les échantillons prélevés ne puissent en général être remis dans le circuit de production ultérieur qu’avec difficulté.

Structure de principe d'appareils manuels:

On utilise en général comme source lumineuse une lampe à incandescence, le système optique de l’émetteur permet d’orienter la lumière blanche parallèlement (le diamètre du faisceau de lumière est ici généralement inférieur à 10 mm), une partie de la lumière de l’émetteur est découplée au moyen d’un séparateur de rayon et vient toucher le récepteur de référence par l’intermédiaire d’un système optique (optique de référence), afin que des dérives éventuelles puissent être compensées.
 
 
 L’essentiel de la lumière quitte cependant l’appareil de mesure de la brillance et vient toucher la surface à mesurer. L’appareil manuel doit ici être posé sur l’objet afin que la distance de mesure puisse être respectée et afin qu’aucune lumière externe ne puisse parvenir au récepteur. La quantité de lumière focalisée sur le récepteur par l’intermédiaire du système optique du récepteur fournit ici des informations sur le degré de brillance. Dans le cas des appareils manuels, la protection du système optique sert en même temps de coque de calibrage, du fait qu’un verre noir est disposé sur la face intérieure du couvercle.
 
Inconvénients des appareils manuels :
  • Il y a possibilité de faire des mesures SEULEMENT HORS LIGNE, un prélèvement d’échantillon est nécessaire. Dans le cas du matériel ferroviaire, on ne peut faire de mesure qu’au début et à la fin de la production
  • Seules des mesures d’échantillons sont possibles (en laboratoire), il est impossible de mesurer 100% des produits
  • La mesure sans contact est impossible du fait que le capteur doit être posé sur l’objet de mesure
  • Sensibilité à la lumière externe, du fait qu’on a généralement utilisé une lampe à incandescence (non modulée)
  • Durée de vie limitée de la source lumineuse (lampe à incandescence)
  • Pas de sorties de commutation numériques ni de sorties analogique
 

Appareils INLINE (EN LIGNE) de pratique (de Sensor Instruments GmbH)

 

Les appareils INLINE sont en principe construits de la même manière que les appareils manuels, mais s’en différencient en des points essentiels:
 
Avantages des APPAREILS INLINE :
  • Au lieu d’une lampe à incandescence, on utilise une LED à lumière blanche, ce qui permet de moduler la lumière et le système de mesure est insensible à la lumière externe.
  • Grâce à l’insensibilité à la lumière externe, le système de mesure peut fonctionner sans contact et ainsi être utilisé INLINE (en ligne).
  • La branche de référence a été posée vers l‘extérieur, les influences de l’environnement affectent le tronçon de mesure et le tronçon de référence de la même manière.
  • Les recouvrements optiques en verre plan, le nettoyage du système optique s’en trouve considérablement facilité.
  • Le système dispose de sorties de commutation ainsi que de deux sorties analogiques (sortie de tension et sortie d’intensité).
  • Plusieurs ports série disponibles (avec l’aide de convertisseurs) : RS232, USB et Ethernet.
  • Plusieurs lignes de mesure peuvent être représentées par l’intermédiaire d’une unité de multiplexeur (jusqu’à 8 lignes de mesure) et d’une unité de moniteur (affichage de tendance, affichage numérique et graphique du degré de brillance, représentation de la valeur moyenne, de la valeur de tolérance réglée et enregistrement des données sous un certain numéro de commande).
  • Comme la puissance d’émetteur de la LED lumière blanche peut être variée, la puissance lumineuse peut être adaptée de façon optimale à la surface de mesure actuelle.
  • Le diamètre du faisceau de lumière spéciale est d‘env. 20 mm, ce qui permet d’intégrer un extrait nettement plus grand de la surface de l’objet que ce n’est le cas au niveau des appareils manuels. Le système de mesure devient ainsi insensible aux variations locales. 

 

Mesure de la brillance

Les capteurs de brillance INLINE de Sensor Instruments fonctionnent d’après la même norme de mesure que celle qui est utilisée par les appareils manuels de brillance. La robustesse nécessaire à l’utilisation d’INLINE, la mesure sans contact et insensible à la lumière externe sont autant prises en compte que la mise à disposition des signaux correspondants (analogiques et numériques), qui fournissent des informations sur le degré de brillance. Il faut en outre, dans la mesure de brillance Inline, tenir compte du fait qu’il faut mesurer simultanément sur plusieurs positions d’objets, ce qui exige un fonctionnement multiplex y compris une unité de surveillance.
 
MATÉRIEL INFORMATIQUE
Le capteur de brillance consiste pour l’essentiel en une source lumineuse (dans le cas de SI : LED lumière blanche modulée) dans le système optique de l’émetteur, un séparateur de rayon afin qu’une partie du rayonnement du côté de l’émetteur puisse être découplée et puisse être mise à la disposition du récepteur de référence, du système optique du récepteur et du récepteur proprement dit.


Géométrie de mesure
On dispose de capteurs de brillance INLINE de Sensor Instruments pour toutes les normes importantes :
 

Interfacing
Le capteur de brillance dispose de 5 sorties numériques qui peuvent être traitées en conséquence par une API branchée en aval. On peut ici représenter (code binaire) jusqu’à 31 degrés de brillance (avec les tolérances afférents). On dispose en outre de deux sortie analogiques, qui informent toutes deux sur le degré de brillance actuel, il s’agit ici d’une part d’une sortie de tension (0V…10V), tandis que l’autre fournit un signal d’intensité (4 mA à 20 mA). Il peut en outre y avoir une remise de données via un port RS232 intégré. Une connexion peut être établie avec le système de construction respectif par l’intermédiaire du convertisseur de port pour USB et Ethernet. L’unité de multiplexeur M-PLEX-08 permet la connexion de jusqu’à 8 mesures de la brillance (capteurs RLS-GD) dont les valeurs de mesure peuvent être affichées tant sous forme graphique (affichage de tendance) que numérique (valeur actuelle ou moyenne) par l’intermédiaire d’un moniteur (SI-PP320-10,4°). Il peut en outre y avoir un enregistrement des données, les données sont à chaque fois sauvegardées en mémoire par commande.

 
Logiciel :
Le logiciel Windows® RLS-GD-Scope V4.8 permet de paramétrer le capteur de brillance confortablement et facilement. Mais le logiciel sert en outre à afficher les paramètres les plus importants, telles que la valeur brute du récepteur de référence, ainsi que du récepteur pour la réflexion directe.

Il faudrait citer, comme paramètre de saisie important :
  • Puissance lumineuse de la LED lumière blanche réglée/non réglée :
    POWER MODE (mode puissance) : DYNAMIC/STATIC (dynamique/statique)
  • Réglage de la puissance lumineuse en mode STATIC (statique) :     
  • 0 : LED arrêtée
    1000 : LED maximum
  • Formation de la valeur moyenne de la valeur de brillance détectée :
    Dans le POWER MODE DYNAMIC, le contrôleur intégré dans le capteur de brillance essaye de régler la puissance lumineuse de façon à ce que soit la valeur brute du signal de référence ou bien la valeur brute du récepteur se trouve dans le tiers supérieur de la plage dynamique (vois ici aussi l’affichage de colonnes dans l’interface utilisateur).
  • La valeur moyenne peut être réglée entre 1 et 32000 :

     
  • Réglage du nombre des degrés de brillance pouvant être émis aux sorties numériques MAX-W6 :
  • On peut ici émettre directement jusqu’à 5 degrés de brillance, cette émission pouvant être codée de façon binaire s’il y a plus de 5 degrés de brillance.
  • Mode d’évaluation NORM et GLOSS :
    Dans le mode d’évaluation GLOSS, il y a une comparaison permanente avec le signal de référence qui présente toujours la valeur qu’il y avait sur le verre noir (ou le miroir argenté) lors du calibrage. Le rapport MESSKANAL/REFERENZ (canal de mesure/référence) pendant le calibrage sert ici de point de référence. Seul le mode GLOSS (brillant) sert à la mesure de la brillance, le mode NORM (norme) est décrit plus amplement dans le chapitre GLANZKONTROLLE (contrôle de la brillance).
  • Sortie analogique :
    La valeur analogique représente normalement un degré de brillance compris entre 0 et 100 (0V…+10V), mais cette plage peut être zoomée jusqu’à un facteur de 10, si bien que par exemple une plage de degré de brillance de 5 à 15 peut être émise de 0V à 10V (ou 4 mA à 20 mA).
  • Tableau de degré de brillance
  • Affichage graphique et numérique : Le degré de brillance, la valeur de référence et la valeur de mesure sont affichés sous forme numérique, il y a en outre un affichage graphique du degré de brillance. Jusqu’à 31 différents degrés de brillance peuvent être stockés dans la table d’apprentissage. Les tolérances peuvent être également réglées ici. Mais on peut aussi entrer à chaque fois le même degré de brillance GN et régler une tolérance GTO croissant de haut en bas dans la table. Le capteur de brillance traite alors toute la table de haut en bas. La valeur qui a d’abord été remplie (à l’intérieur de la tolérance) est transmise aux sorties numériques sous la forme du numéro de la table. Il est ainsi possible de réaliser une subdivision du degré de brillance en classes à l’aide de la table d’apprentissage (par exemple d’après une tolérance croissante ou sous forme de cascade).
  • Calibrer
    Le bouton permet de parvenir à la fenêtre CALIBRATE (calibrer) :
 
  • On peut ici choisir entre calibrer sur une cible (en règle générale verre noir ou bien dans le cas de l’UV RLS-GD-20/20° également un miroir argenté), ou bien adapter sur un appareil manuel.
    Il est ainsi possible de compenser des écarts éventuels entre l’appareil INLINE et l’appareil manuel, l’utilisateur a alors à disposition deux appareils qui affichent la même valeur.
    Ces écarts se produisent en premier lieu du fait que les coques de calibrage (verre noir) des appareils manuels sont encrassés ou que les appareils sont déjà obsolètes.
 
  • Le logiciel de surveillance RLS-GD-MONITORING V4.8 permet, en liaison avec le multiplexeur MPLEX-08 et le moniteur SI-PP320-10,4“, de représenter les degrés de brillance de jusqu’à 8 capteurs simultanément. Les degrés de brillance peuvent ici être affichées à la fois sous forme numérique et sous forme graphique sur l’écran du PC. Les valeurs enregistrées peuvent en outre être attribuées à un certain numéro de commande.
 

Contrôle de la brillance

Série RLS-GD
Les capteurs de brillance de la série RLS-GD conviennent également parfaitement au contrôle de la brillance. On sélectionne à cet effet le mode d’évaluation NORM dans le logiciel de paramétrage RLS-GD-Scope V4.8.

 
Dans ce mode, la réflexion directe est réglée maintenant dans son rapport à la réflexion diffuse. Ici aussi on peut sauvegarder en mémoire jusqu’à 31 valeurs de brillance dans la table TEACH (apprentissage).
 


On peut ici modifier manuellement à la fois la valeur NORM et cette valeur de tolérance NORM. La table est traitée de haut en bas. La première valeur dans la table qui correspon d à la valeur NORM actuellement traitée est émise aux sorties numériques, directem ent ou en code binaire (en fonction du paramétrage et du nombre des valeurs apprises)

 

On a le choix entre les types de capteurs de brillance suivants :


 

On dispose, outre les sorties numériques, de deux sorties analogiques qui informent l’une et l’autre sur la valeur normée : 1x sortie de tension (0 V…+10 V) 1x sortie d’intensité (4 mA … 20 mA)

On dispose, comme interface utilisateur destinée au paramétrage du capteur de brillance et pour surveiller les données brutes des valeurs déterminées, du logiciel RLS-GD-Scope V…
Les paramètres de réglage, entre autres la puissance d’émission, réglés ultérieurement/non réglés ultérieurement (DYN/STAT), la puissance d’émission (en mode STAT), la formation de valeur moyenne (AVERABE), le nombre des valeurs apprises, la commutation de sortie (directe ou en code binaire, prolongé par impulsion), le mode d’évaluation, les tolérances dans la table d’apprentissage, peuvent être entrés simplement et confortablement sous Windows®.


Série SPECTRO-1

Le capteur SPECTRO-1-FIO, en liaison avec le câble à lumière traversante D-S-A2.0-2,5-1200-67° ou le D-S-A3.0-1200-67°, et le support V (type KL-20/20°, KL-15/45°, KL-12/60°, KL-10/75° et KL-5/85°) permet de procéder à un contrôle de brillance simple et efficace. Le système de capteurs fournit le signal analogique (0 V...+10 V ou 6 mA...20 mA) ainsi que deux signaux numériques.
 
Il est possible, via le logiciel Windows®-Software SPECTRO1-Scope V2.0, par exemple de régler la bande de tolérance du degré de brillance actuel, la puissance lumineuse, la formation de la valeur moyenne et l’amplification. On peut en outre activer, avec la fonction EXTERNTEACH, ce qu’un apprentissage simple permet via la commande de programme API.

 

Contrôle de la brillance de la couleur

Le contrôle de la brillance permet de résoudre toute une série d’applications. Il existe cependant des types de problèmes qui exigent de contrôler encore la couleur en sus du degré de brillance.
 
Avec le SI-COLO-GD-40, on dispose d’un système de contrôle qui pilote à la fois le degré de brillance et la valeur de couleur. Il est ainsi possible de détecter les plus petites différences entre différents produits.
 

Le capteur de brillance de couleur SI-COLO-GD-40
Le capteur de brillance de couleur SI-COLO-GD-40 consiste pour l’essentiel en la combinaison d’un capteur de couleur de la série SI-COLO4 combinée avec les composants d’un capteur de brillance de la série RLS-GD. On se sert ici, en tant que source lumineuse, de LED à lumière blanche dont la lumière est modulée de façon à atteindre une insensibilité accrue à la lumière externe. En sus du détecteur de couleur (valeurs brutes R, G, B), un détecteur pour la part à réflexion directe, ainsi qu’un récepteur pour la part à réflexion diffuse (DIF) fournissent des informations au contrôleur intégré dans le capteur de brillance de couleur (DIR).

 

 


L'évaluation des couleurs se fait maintenant d'après les algorithmes suivants :



 
ou bien, à titre d’alternative, ce qu’on appelle les valeurs s, i, M sont également proposées en sus pour les capteurs de couleurs.

L’évaluation de la brillance est soumise à la valeur suivante:    
 
 
Le contrôle dispose ainsi, en sus des données brutes (R, G, B, DIR, DIF), des paramètres x, y, INT, GN et s, i, M, GN.
 
Tandis que x, y, INT et s, i, M fournissent des informations sur la valeur de couleur, la valeur GN fournit une information sur le comportement de brillance de l’objet.
 
On a pour l’essentiel le choix entre les modes suivants pour l’évaluation :

x, y, INT GN
s,i, M GN
x,y, INT, GN
s, i, M, GN
 
L’opération d’apprentissage se déroule de la même manière que pour les capteurs de couleur, un seul paramètre a été à chaque fois ajouté : GN !
 
Le tableau ressemble à ceci avec x, y, IMT et GN :
Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            
x, y, INT GN
 
Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
x, y, INT GN

Et le tableau ressemble à ceci avec s, i, M et GN :
Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            

 s, i, M GN

Nb s i M GN CGTO
0          
1          
2          
3          

s, i, M GN

 
L’évaluation dépend ici aussi du mode de sélection choisi :

BEST HIT
FIRST HIT
MINIMAL DISTANCE
 
Dans le mode d’évaluation x, y, INT GN et s, i, M GN, on contrôle d’abord si la valeur de brillance de la couleur se trouve dans la fenêtre de tolérance prescrite de GN, et donc de GTO. On contrôle ensuite si la condition pour la valeur de couleur (à l’intérieur de CTO) est réalisée. Si plusieurs candidats entrent en ligne de compte, il se produit une sélection en fonction du mode de choix réglé (BEST HIT, FIRST HIT, MINIMAL DISTANCE, voir en outre FARBKONTROLLE/contrôle de la couleur).
 
Dans le mode d’évaluation x, y, INT, GN et s, i, M, GN au contraire, il y a un choix de couleur/de brillance dans « l’espace à quatre dimensions », la tolérance CGTO tisse ici une image à quatre dimensions. Il aussi, la valeur actuelle de couleur/de brillance doit se trouver à l’intérieur de la plage de tolérance lorsque la valeur de couleur/de brillance apprise doit entrer en ligne de compte en tant que candidat éventuel.

REPRÉSENTATION GRAPHIQUE dans le MODE D’ÉVALUATION x, y, INT GN ou s, i, M GN :
Les valeurs x, y, INT ou s, i, M sont ici affichées dans trois vues. L'affichage de la
valeur GN se fait sous la forme d'une représentation de colonnes
Valeurs de couleur/de brillance sauvegardées en mémoire
 
 
Valeurs de couleur/de brillance sauvegardées en mémoire
 
Dans le mode de sélection BEST HIT : Valeur de la valeur de couleur 5
Dans le mode de sélection MINIMAL-DISTANCE : Valeur de la brillance de couleur 5
Dans le mode de sélection FIRST HIT : Valeur de brillance de couleur 1


REPRÉSENTATION GRAPHIQUE dans le MODE D’ÉVALUATION x, y, INT GN ou s, i, M GN :
Les valeurs x, y, INT ou s, i, M sont ici affichées dans 6 vues.

Valeurs de couleur/de brillance sauvegardées en mémoire:
 
Valeurs de couleur/de brillance sauvegardées en mémoire:









Dans le mode de sélection BEST HIT : Valeur de la valeur de couleur 3
Dans le mode de sélection MINIMAL-DISTANCE : Valeur de la brillance de couleur 3
Dans le mode de sélection FIRST HIT : Valeur de la brillance de couleur Ø

Interface utilisateur Windows ® SI-COLO-GD-SCOPE:

 


Contrôle de la brillance de couleur avec le SPECTRO-3-50-FCL-30°/30°

Le type de capteur de brillance de couleur dispose de deux unités d’éclairage pouvant fonctionner en alternance au moyen du signal d’entrée numérique IN0. Le capteur est essentiellement utilisé là où il y a des petites différences de couleur et de brillance d’objets, qui doivent être différents. Comme, par exemple, des imitations de cuir, du cuir ou des composants plastiques dans le secteur automobile ou dans l’industrie du meuble pour faire la distinction entre des films en plastique et des laminés.


 
Interface utilisateur Windows ® SPECTRO-3-SCOPE:



NOUVELLES

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Communiqués de presse :

Calibrage en ligne de la couleur sur des matières plastiques recyclées
(Systèmes de colorimétrie en ligne)

 
Test report on Inline color measurement of recyclates ()
(Système de colorimétrie en ligne)


Livres blancs :

Sensor systems for recyclate control in the plastics industry for laboratory and inline use ()
Checking the plastic type of recyclates and virgin material using NIR technology ()

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Nouvelles applications :

Détection de creux et de bosses sur des bandes métalliques estampées
(N° 801)
Distinction de composants d’habitacle en cuir, en textile et en plastique
(N° 802)
Mesure de la couleur de couvercles en plastique
(N° 803)
      
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