ISO/TR 14997-2:2022
(Main)Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of optical elements — Part 2: Machine vision
Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of optical elements — Part 2: Machine vision
This document provides guidance for the use of machine vision to objectively assess grades of surface imperfections as defined on a drawing using ISO 10110-7 with equivalent results as those obtained by applying the inspector-based methods described in ISO 14997-1. This document also gives guidelines on how to setup a machine vision device regarding fidelity, repeatability and reproducibility, based on the dark field detection principles of ISO 14997-1.
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux imperfections de surface des éléments optiques — Partie 2: Visionique
Le présent document fournit des conseils quant à l’utilisation de la visionique pour évaluer objectivement les classes d’imperfections de surface telles que définies à l’aide d’un dessin dans l’ISO 10110‑7 avec des résultats équivalents à ceux obtenus en appliquant les méthodes de contrôle humain décrites dans l’ISO 14997‑1. Le présent document fournit également des lignes directrices quant à l’installation d’un dispositif de visionique en termes de fidélité, répétabilité et reproductibilité, sur la base des principes de détection sur champ sombre de l’ISO 14997‑1.
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Relations
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Standards Content (Sample)
Style Definition: Heading 1: Indent: Left: 0 pt, First line:
ISO/TC 172/SC 1
0 pt, Tab stops: Not at 21.6 pt
Style Definition: Heading 2: Font: Bold, Tab stops: Not at
Date: 2022-06-2408
18 pt
Style Definition: Heading 3: Font: Bold
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Style Definition: Heading 4: Font: Bold
ISO/TC 172/SC 1/WG 1
Style Definition: Heading 5: Font: Bold
Style Definition: Heading 6: Font: Bold
Corrected version
Style Definition: ANNEX
2002-09
Style Definition: AMEND Terms Heading: Font: Bold
Secretariat: DIN Style Definition: AMEND Heading 1 Unnumbered: Font:
Bold
Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of optical Formatted: Font: Bold
elements — Part 2: Machine vision
Formatted: Font: Not Bold
Optique et photonique — Élément centralMéthodes d'essai applicables aux imperfections
de surface des éléments optiques — Partie 2: Visionique
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or
utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying,
or posting on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be
requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of the
requester.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
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www.iso.org
© ISO 2022 – All rights reserved
ii
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
inspection of optics . 2
5.1 Evaluation limits . 2
5.2 Sample preparation . 2
5.3 Illumination configuration . 3
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV ) . 3
D
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations . 3
6.2 Brightness and Sensitivity . 5
6.3 Verifying dimensional inspection system performance . 5
7 Visibility inspection using machine vision (IMV ) . 5
V
7.1 Visibility evaluation limit . 5
7.1.1 System resolution considerations . 6
7.2 Illumination configuration . 6
7.3 Brightness and grades . 6
7.4 Verifying visibility system performance . 7
8 Repeatability, reproducibility and fidelity in the context of optics imperfections . 8
8.1 Evaluation repeatability . 8
8.2 Reproducibility . 9
8.3 Fidelity . 9
Annex A (informative) Relation between precision and classification error in dimensional
inspections using machine vision . 10
Bibliography. 12
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
inspection of optics . 2
5.1 Evaluation limits . 2
5.2 Sample preparation . 2
5.3 Illumination configuration . 2
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV ) . 3
D
© ISO 2022 – All rights reserved
iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations . 3
6.2 Brightness and sensitivity . 4
6.3 Verifying dimensional inspection system performance . 5
7 Visibility inspection using machine vision (IMVV) . 5
7.1 Visibility evaluation limit . 5
7.1.1 System resolution considerations . 5
7.2 Illumination configuration . 5
7.3 Brightness and grades . 6
7.4 Verifying visibility system performance . 6
8 Repeatability, reproducibility and fidelity in the context of optics imperfections . 8
8.1 Evaluation repeatability . 8
8.2 Reproducibility . 8
8.3 Fidelity . 9
Annex A (informative) Relation between precision and classification error in dimensional
inspections using machine vision . 10
Bibliography . 12
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iv
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directiveswww.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any
patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patentswww.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World
Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.htmlwww.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and Photonics, Subcommittee
SC 1, Fundamental standards.
A list of all parts in the ISO 14997 series can be found on the ISO website. Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
Formatted: Pattern: Clear
complete listing of these bodies can be found at
www.iso.org/members.htmlwww.iso.org/members.html.
This corrected version of ISO/TR 14997-2:2022 incorporates the following corrections:
— editorial corrections added in Introduction, Clause 2, 3.4, Figure 1 and Annex A;
— ISO 9802:2022 was added in Bibliography, the cross-references and the Bibliography were
renumbered.
© ISO 2022 – All rights reserved
v
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
Introduction
This document was developed to account for the increased use of machine vision for surface quality
inspections. The visual assessment of grades of surface imperfections of optical elements and systems is
1
described in ISO 10110-7, and ISO 14997-1 . The latter gives methods to obtain subjective results using Formatted: Pattern: Clear
the human eye, reference comparison standards, and in some cases optical magnification tools.
Formatted: Pattern: Clear
Utilizing machine vision opens the door for the objective evaluation of imperfections as well as electronic Formatted: Pattern: Clear
data storage of detailed and precise test reports along with statistical data handling. It offers an
Formatted: Pattern: Clear
opportunity for better repeatability of the characterisation of surfaces and a potential method of
Formatted: Pattern: Clear
arbitration in supplier / /customer discussions about surface imperfections.
Formatted: Pattern: Clear
Inspection results of optics obtained by manual inspection and from already existing machine vision
systems have shown good correlation. Minor deviations arise, but are largely due to the differences of
subjective and objective evaluation.
Of particular concern can be long scratches such as sleeks. Such imperfections often are more visible
when tilting and rotating the sample to the optimum position which, in machine vision devices, is often
accomplished by covering an amount of incident illumination angles, which are limited due to practical
reasons.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
1
ISO 14997-1 is at the time of publication of this document published as ISO 14997:2017. The change in
Formatted: Pattern: Clear
numbering of the International Standard is intended at the next revision of ISO 14997.
Formatted: Pattern: Clear
© ISO 2022 – All rights reserved
vi
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 14997-2:2022(E)
Optics and photonics — Test methods for surface
imperfections of optical elements — Part 2: Machine vision
1 Scope
This document provides guidance for the use of machine vision to objectively assess grades of surface
imperfections as defined on a drawing using ISO 10110-7 with equivalent results as those obtained by Formatted: Pattern: Clear
applying the inspector-based methods described in ISO 14997-1.
Formatted: Pattern: Clear
This document also gives guidelines on how to setup a machine vision device regarding fidelity, Formatted: Pattern: Clear
repeatability and reproducibility, based on the dark field detection principles of ISO 14997-1.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
2 Normative references
Formatted: Pattern: Clear
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content Formatted: Pattern: Clear
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
Formatted: Pattern: Clear
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
Formatted: Pattern: Clear
ISO 10110-7, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems —
Formatted: Pattern: Clear
Part 7: Surface imperfections
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
ISO 14997-1, Optics and photonics - Test methods for surface imperfections of optical elements
Formatted: Pattern: Clear
ISO 14997-1, Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of optical elements
Formatted: Pattern: Clear
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10110-7 and ISO 14997-1 and
Formatted: Pattern: Clear
the following apply.
Formatted: Pattern: Clear
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
— ISO Online browsing platform: available at https://www.iso.org/obphttps://www.iso.org/obp
Formatted: Pattern: Clear
— IEC Electropedia: available at https://www.electropedia.org/https://www.electropedia.org/
Formatted: Pattern: Clear
3.1
machine vision
application of computer vision to machine, robot, process or quality control
Note 1 to entry: This definition is also applicable for use in optical elements and components.
[SOURCE ISO 2382:2015, 2123788, modified — Notes to entry omitted and new Note 1 to entry added.] Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
3.2
Formatted: Pattern: Clear
machine vision grading
Formatted: Pattern: Clear
application of a machine vision system and a computer algorithm to determine the grades of
imperfections
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1
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
Note 1 to entry: Machine vision grading reports the grade of a particular scratch or dig, which has usually been
presented to the machine vision system by an operator.
3.3
machine vision inspection
application of automation hardware and software with a machine vision system to determine if a
component or surface passes or fails a given surface imperfection specification
Note 1 to entry: In machine vision inspection, the machine vision grading is performed on all the detected
imperfections on the surface to evaluate the surface against all of its requirements, i.e. maximum imperfection
grade, accumulation of all imperfections and concentrations of imperfections.
3.4
sleek
polishing (hairline) scratch without visible conchoidal fracturing of the edges
[SOURCE: ISO 9802:19962022, 3.6.2.1.4] Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
4 Symbols
Formatted: Pattern: Clear
Please see symbols of ISO 14997-1:2017, Clause 4 and the following: Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
IMVD dimensional inspection using machine vision
Formatted: Pattern: Clear
IMV visibility inspection using machine vision
V
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
Formatted: Pattern: Clear
inspection of optics
5.1 Evaluation limits
ISO 14997-1 specifies the required evaluation limits for manual visual inspection, taking into account the
Formatted: Pattern: Clear
human evaluation method and the limits of normal visual resolution. In machine vision assessment of
Formatted: Pattern: Clear
imperfections, a typical inspection device consists of a camera, magnification optics, an illumination
Formatted: Pattern: Clear
system and a computer-based evaluation algorithm. One key difference between machine vision and
visual inspection is that visual inspectors are advised by ISO 14997-1 to filter irrelevant defects by Formatted: Pattern: Clear
adapting the illumination. Machine vision systems can use the same illumination independent of the
Formatted: Pattern: Clear
surface specification and filter irrelevant defects when processing the data with a suitable algorithm.
Formatted: Pattern: Clear
NOTE Some calculations can be deceptively difficult for a system performing machine vision inspection. For
example, the concentration requirements of ISO 10110-7:2017 4.2.4 and 4.3.3 require an extensive decision
Formatted: Pattern: Clear
algorithm to evaluate all the possible combinations of imperfections that are present to determine if a concentration
Formatted: Pattern: Clear
has occurred.
Formatted: Pattern: Clear
5.2 Sample preparation
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
According to ISO 14997-1 a test sample needs to be cleaned well enough to allow inspection to the
Formatted: Pattern: Clear
required level. Adhered particles tend to be indistinguishable from digs and pits in the glass and therefore
Formatted: Pattern: Clear
need to be counted as imperfections as well (see ISO 10110-7). If the operator is uncertain about the
cleanliness of the sample, it is often best to re-clean the sample after inspection and test it again.
Formatted: Pattern: Clear
5.3 Illumination configuration Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
The test method is often a dark field configuration, to be sensitive to scattered light. It can be either a
Formatted: Pattern: Clear
reflective light configuration or a transmitted light configuration. Best contrast is often achieved in dark
field, close to the specular reflection. It is important to make sure the illumination conditions are
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2
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
sufficient for the testing system to be sensitive enough to observe all relevant imperfections as described
in ISO 10110-7 and ISO 14997-1, including adhered particles. Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Most of the imperfections have a well distributed angle dependency for scattered light. In many cases,
long imperfections like scratches and sleeks will have a directional bias to the peak scattering direction; Formatted: Pattern: Clear
typically, in a rotation of 90° with respect to the long axis of the scratch. Moreover, they can produce a
Formatted: Pattern: Clear
small cone of light with a small opening angle. Visual inspectors will tilt and rotate the sample until they
Formatted: Pattern: Clear
reach best visibility and continue with the evaluation. In machine vision, this approach can be impractical
Formatted: Pattern: Clear
and time consuming. In most machine vision inspection systems, a single camera is observing the element
under only one angle, e.g. parallel to the optical axis or orthogonal to the surface. The lack of different
camera viewing angles can be compensated partly by using an illumination system that covers a large
angular spectrum.
Best results are usually achieved when the illumination system covers a wide range of azimuth (around
the test piece) and polar (between the plane of the test piece and the system optical axis) angles. This can
be achieved, for example, by using a passively illuminated dome or a direct ring or dome-like illumination
with individual sources (typically LEDs) that are packed closely together. Illumination uniformity is
important, both in azimuthal and polar angles. Best illumination is continuous or close to continuous in
azimuthal range. Larger gaps in the azimuthal range increase the probability that scratches and sleeks
are not continuously visible in the images. The range of polar angles is often maximized, within the
practical constraints of a darkfield configuration and the application. For most imperfections, most light
is scattered by only small angles, so that scattered light intensity is highest close to the direction of
specular reflection. Larger polar angles tend to add to background illumination, but only a small fraction
of the light ends up being scattered into the camera. Manufacturers of machine vision systems used in
surface imperfection inspection can assist the user in determining the functionality of the system in their
specific application by specifying the azimuthal and angular ranges covered by their device.
NOTE For curved elements, the ideal polar angle for illumination will vary across the surface, as it depends on
the slope of the surface.
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV )
D
NOTE For visual dimensional inspection (IV , IS and IM ), see ISO 14997-1.
D D D Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations
Formatted: Pattern: Clear
For dimensional grade assessment of optical surface imperfections, the task of the inspection is to classify
imperfections into grades according to the Renard R5 series described in ISO 3, e.g. 0,1; 0,063; 0,04; Formatted: Pattern: Clear
0,025; 0,016; 0,01, etc. For (long) scratches, where these have been specified in the drawing, the grade
Formatted: Pattern: Clear
number corresponds to the width of the scratch. General (and coating) imperfections such as digs are
classified according to the square root of their area. The task of the inspection is to differentiate between
imperfections of grade 0,25A and 0,16A, where A is the specified grade number, because of the
accumulation and concentration rules for general and coating imperfections. ISO 10110-7:2017, 4.2.3, Formatted: Pattern: Clear
states that imperfections of "grade number of 0,16A or smaller shall not be counted", while larger
Formatted: Pattern: Clear
imperfections are accumulated to compute the effective imperfection area. Long scratches are ignored if
Formatted: Pattern: Clear
their grade is 0,25A or less.
Formatted: Pattern: Clear
The machine vision system for dimensional inspection typically uses a high-resolution image and image
Formatted: Pattern: Clear
processing algorithms to determine the width and/or area of imperfections. The imperfections are then
assigned grade numbers from the Renard R5 series.
The resolution of the machine vision system is dependent on
— the optical resolution of the magnification optics,
— the pixel pitch of the camera sensor, and
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
— the algorithm used to process the image data.
NOTE 1 The design of the illumination system could influence the resolution, e.g. when the aperture of a bright
field light source is smaller than the aperture of the imaging lens.
ISO 10110-7:2017, 4.2.3 states that “A larger number of surface imperfections (including coating Formatted: Pattern: Clear
imperfections) with a smaller grade number is permitted, if the sum of their areas does not exceed the
Formatted: Pattern: Clear
maximum total area.” It goes on to say “When determining the number of permissible surface
Formatted: Pattern: Clear
imperfections or localized imperfections in optical assemblies, those with a grade number of 0,16A or
Formatted: Pattern: Clear
smaller shall not be counted". Consequently, to evaluate the surface for the accumulation and
Formatted: Pattern: Clear
concentration requirements the resolution of the system needs to be at least 0,16A, where A is the
specified grade number.
NOTE 2 This is a much stronger expectation than asking that imperfections can be detected down to grade 0,16A.
Typical machine vision systems with good signal-to-noise ratios can detect isolated objects well below their
resolution.
The machine vision grading for each imperfection is subject to both random (statistical) and systematic
errors. Key quantities are the system’s fidelity (proximity of results to the true value) and precision
(repeatability and reproducibility) for determining the correct grade of an imperfection. However, the
effect of fidelity and precision of an imperfection’s width/area measurement on its classification into a
specific grade depends upon how close the given imperfection’s actual width/area is with respect to the
limiting values of the grade size range. If the actual width or square root of the area is exactly equal to a
grade number, the classification will be correct only 50 % of the time, assuming a Gaussian distribution
of measurement results.
Under the assumption that the measurement results of the machine vision system for a given
imperfection follow a Gaussian probability distribution, the probability of assigning the correct grade A
to the imperfection can be approximated as
p ≈ 1−0,8 × σ /( AA−0,63 )
where
σ
is the standard deviation of the Gaussian distribution, i.e. the precision of the system,
and
( AA−0,63 )
is the size of the interval of grade number A (see Annex A for a derivation).
Formatted: Pattern: Clear
EXAMPLE The probability of misclassifying an imperfection with grade number A with a machine vision system
with a precision equal to 0,1A is approximately 22 %.
6.2 Brightness and sensitivity
ISO 14997-1 prescribes an illumination brightness that is required to be used with visual inspection. For
Formatted: Pattern: Clear
machine vision grading, the detection limit will not only depend on the brightness of illumination, but
Formatted: Pattern: Clear
also on the characteristics of the camera (gain and dark noise floor) and the image processing algorithms
Formatted: Pattern: Clear
that are employed.
If the illumination is too bright, light scattered by larger and/or highly scattering imperfections will
saturate the image sensor; if the illumination is too weak, smaller and/or weakly scattering imperfections
do not stand out from the noise floor. The illumination needs to be as bright as necessary to make the
smallest relevant defects stand out from the noise floor. If larger imperfections tend to satur
...
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 14997-2
First edition
2022-08
Corrected version
2022-09
Optics and photonics — Test methods
for surface imperfections of optical
elements —
Part 2:
Machine vision
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments optiques —
Partie 2: Visionique
Reference number
ISO/TR 14997-2:2022(E)
© ISO 2022
---------------------- Page: 1 ----------------------
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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Published in Switzerland
ii
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
inspection of optics . 2
5.1 Evaluation limits . 2
5.2 Sample preparation . 2
5.3 Illumination configuration . 2
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV ) . 3
D
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations . 3
6.2 Brightness and sensitivity . 4
6.3 Verifying dimensional inspection system performance . 4
7 Visibility inspection using machine vision (IMV ) . 5
V
7.1 Visibility evaluation limit . . 5
7.1.1 System resolution considerations . 5
7.2 Illumination configuration . 5
7.3 Brightness and grades . 6
7.4 Verifying visibility system performance . 6
8 Repeatability, reproducibility and fidelity in the context of optics imperfections .7
8.1 Evaluation repeatability . 7
8.2 Reproducibility . 8
8.3 Fidelity . 8
Annex A (informative) Relation between precision and classification error in dimensional
inspections using machine vision . 9
Bibliography .11
iii
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and Photonics, Subcommittee
SC 1, Fundamental standards.
A list of all parts in the ISO 14997 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
This corrected version of ISO/TR 14997-2:2022 incorporates the following corrections:
— editorial corrections added in Introduction, Clause 2, 3.4, Figure 1 and Annex A;
— ISO 9802:2022 was added in Bibliography, the cross-references and the Bibliography were
renumbered.
iv
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
Introduction
This document was developed to account for the increased use of machine vision for surface quality
inspections. The visual assessment of grades of surface imperfections of optical elements and systems
1)
is described in ISO 10110-7, and ISO 14997-1 . The latter gives methods to obtain subjective results
using the human eye, reference comparison standards, and in some cases optical magnification tools.
Utilizing machine vision opens the door for the objective evaluation of imperfections as well as
electronic data storage of detailed and precise test reports along with statistical data handling. It offers
an opportunity for better repeatability of the characterisation of surfaces and a potential method of
arbitration in supplier/customer discussions about surface imperfections.
Inspection results of optics obtained by manual inspection and from already existing machine vision
systems have shown good correlation. Minor deviations arise, but are largely due to the differences of
subjective and objective evaluation.
Of particular concern can be long scratches such as sleeks. Such imperfections often are more visible
when tilting and rotating the sample to the optimum position which, in machine vision devices, is often
accomplished by covering an amount of incident illumination angles, which are limited due to practical
reasons.
1) ISO 14997-1 is at the time of publication of this document published as ISO 14997:2017. The change in
numbering of the International Standard is intended at the next revision of ISO 14997.
v
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 5 ----------------------
TECHNICAL REPORT ISO/TR 14997-2:2022(E)
Optics and photonics — Test methods for surface
imperfections of optical elements —
Part 2:
Machine vision
1 Scope
This document provides guidance for the use of machine vision to objectively assess grades of surface
imperfections as defined on a drawing using ISO 10110-7 with equivalent results as those obtained by
applying the inspector-based methods described in ISO 14997-1.
This document also gives guidelines on how to setup a machine vision device regarding fidelity,
repeatability and reproducibility, based on the dark field detection principles of ISO 14997-1.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 10110-7, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 7:
Surface imperfections
ISO 14997-1, Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of optical elements
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10110-7 and ISO 14997-1 and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
machine vision
application of computer vision to machine, robot, process or quality control
Note 1 to entry: This definition is also applicable for use in optical elements and components.
[SOURCE: ISO 2382:2015, 2123788, modified — Notes to entry omitted and new Note 1 to entry added.]
3.2
machine vision grading
application of a machine vision system and a computer algorithm to determine the grades of
imperfections
Note 1 to entry: Machine vision grading reports the grade of a particular scratch or dig, which has usually been
presented to the machine vision system by an operator.
1
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
3.3
machine vision inspection
application of automation hardware and software with a machine vision system to determine if a
component or surface passes or fails a given surface imperfection specification
Note 1 to entry: In machine vision inspection, the machine vision grading is performed on all the detected
imperfections on the surface to evaluate the surface against all of its requirements, i.e. maximum imperfection
grade, accumulation of all imperfections and concentrations of imperfections.
3.4
sleek
polishing (hairline) scratch without visible conchoidal fracturing of the edges
[SOURCE: ISO 9802:2022, 3.6.2.1.4]
4 Symbols
Please see symbols of ISO 14997-1:2017, Clause 4 and the following:
IMV dimensional inspection using machine vision
D
IMV visibility inspection using machine vision
V
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
inspection of optics
5.1 Evaluation limits
ISO 14997-1 specifies the required evaluation limits for manual visual inspection, taking into account
the human evaluation method and the limits of normal visual resolution. In machine vision assessment
of imperfections, a typical inspection device consists of a camera, magnification optics, an illumination
system and a computer-based evaluation algorithm. One key difference between machine vision and
visual inspection is that visual inspectors are advised by ISO 14997-1 to filter irrelevant defects by
adapting the illumination. Machine vision systems can use the same illumination independent of the
surface specification and filter irrelevant defects when processing the data with a suitable algorithm.
NOTE Some calculations can be deceptively difficult for a system performing machine vision inspection.
For example, the concentration requirements of ISO 10110-7:2017 4.2.4 and 4.3.3 require an extensive
decision algorithm to evaluate all the possible combinations of imperfections that are present to determine if a
concentration has occurred.
5.2 Sample preparation
According to ISO 14997-1 a test sample needs to be cleaned well enough to allow inspection to the
required level. Adhered particles tend to be indistinguishable from digs and pits in the glass and
therefore need to be counted as imperfections as well (see ISO 10110-7). If the operator is uncertain
about the cleanliness of the sample, it is often best to re-clean the sample after inspection and test it
again.
5.3 Illumination configuration
The test method is often a dark field configuration, to be sensitive to scattered light. It can be either
a reflective light configuration or a transmitted light configuration. Best contrast is often achieved
in dark field, close to the specular reflection. It is important to make sure the illumination conditions
are sufficient for the testing system to be sensitive enough to observe all relevant imperfections as
described in ISO 10110-7 and ISO 14997-1, including adhered particles.
2
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
Most of the imperfections have a well distributed angle dependency for scattered light. In many cases,
long imperfections like scratches and sleeks will have a directional bias to the peak scattering direction;
typically, in a rotation of 90° with respect to the long axis of the scratch. Moreover, they can produce
a small cone of light with a small opening angle. Visual inspectors will tilt and rotate the sample until
they reach best visibility and continue with the evaluation. In machine vision, this approach can be
impractical and time consuming. In most machine vision inspection systems, a single camera is
observing the element under only one angle, e.g. parallel to the optical axis or orthogonal to the surface.
The lack of different camera viewing angles can be compensated partly by using an illumination system
that covers a large angular spectrum.
Best results are usually achieved when the illumination system covers a wide range of azimuth (around
the test piece) and polar (between the plane of the test piece and the system optical axis) angles. This
can be achieved, for example, by using a passively illuminated dome or a direct ring or dome-like
illumination with individual sources (typically LEDs) that are packed closely together. Illumination
uniformity is important, both in azimuthal and polar angles. Best illumination is continuous or close
to continuous in azimuthal range. Larger gaps in the azimuthal range increase the probability that
scratches and sleeks are not continuously visible in the images. The range of polar angles is often
maximized, within the practical constraints of a darkfield configuration and the application. For most
imperfections, most light is scattered by only small angles, so that scattered light intensity is highest
close to the direction of specular reflection. Larger polar angles tend to add to background illumination,
but only a small fraction of the light ends up being scattered into the camera. Manufacturers of
machine vision systems used in surface imperfection inspection can assist the user in determining the
functionality of the system in their specific application by specifying the azimuthal and angular ranges
covered by their device.
NOTE For curved elements, the ideal polar angle for illumination will vary across the surface, as it depends
on the slope of the surface.
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV )
D
NOTE For visual dimensional inspection (IV , IS and IM ), see ISO 14997-1.
D D D
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations
For dimensional grade assessment of optical surface imperfections, the task of the inspection is to
classify imperfections into grades according to the Renard R5 series described in ISO 3, e.g. 0,1; 0,063;
0,04; 0,025; 0,016; 0,01, etc. For (long) scratches, where these have been specified in the drawing, the
grade number corresponds to the width of the scratch. General (and coating) imperfections such as digs
are classified according to the square root of their area. The task of the inspection is to differentiate
between imperfections of grade 0,25A and 0,16A, where A is the specified grade number, because of
the accumulation and concentration rules for general and coating imperfections. ISO 10110-7:2017,
4.2.3, states that imperfections of "grade number of 0,16A or smaller shall not be counted", while larger
imperfections are accumulated to compute the effective imperfection area. Long scratches are ignored
if their grade is 0,25A or less.
The machine vision system for dimensional inspection typically uses a high-resolution image and
image processing algorithms to determine the width and/or area of imperfections. The imperfections
are then assigned grade numbers from the Renard R5 series.
The resolution of the machine vision system is dependent on
— the optical resolution of the magnification optics,
— the pixel pitch of the camera sensor, and
— the algorithm used to process the image data.
NOTE 1 The design of the illumination system could influence the resolution, e.g. when the aperture of a bright
field light source is smaller than the aperture of the imaging lens.
3
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ISO/TR 14997-2:2022(E)
ISO 10110-7:2017, 4.2.3 states that “A larger number of surface imperfections (including coating
imperfections) with a smaller grade number is permitted, if the sum of their areas does not exceed
the maximum total area.” It goes on to say “When determining the number of permissible surface
imperfections or localized imperfections in optical assemblies, those with a grade number of 0,16A
or smaller shall not be counted". Consequently, to evaluate the surface for the accumulation and
concentration requirements the resolution of the system needs to be at least 0,16A, where A is the
specified grade number.
NOTE 2 This is a much stronger expectation than asking that imperfections can be detected down to grade
0,16A. Typical machine vision systems with good signal-to-noise ratios can detect isolated objects well below
their resolution.
The machine vision grading for each imperfection is subject to both random (statistical) and systematic
errors. Key quantities are the system’s fidelity (proximity of results to the true value) and precision
(repeatability and reproducibility) for determining the correct grade of an imperfection. However, the
effect of fidelity and precision of an imperfection’s width/area measurement on its classification into a
specific grade depends upon how close the given imperfection’s actual width/area is with respect to the
limiting values of the grade size range. If the actual width or square root of the area is exactly equal to a
grade number, the classification will be correct only 50 % of the time, assuming a Gaussian distribution
of measurement results.
Under the assumption tha
...
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 14997-2
First edition
2022-08
Optics and photonics — Test methods
for surface imperfections of optical
elements —
Part 2:
Machine vision
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments optiques —
Partie 2: Visionique
Reference number
ISO/TR 14997-2:2022(E)
© ISO 2022
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2022
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
inspection of optics . 2
5.1 Evaluation limits . 2
5.2 Sample preparation . 2
5.3 Illumination configuration . 2
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV ) . 3
D
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations . 3
6.2 Brightness and sensitivity . 4
6.3 Verifying dimensional inspection system performance . 4
7 Visibility inspection using machine vision (IMV ) . 5
V
7.1 Visibility evaluation limit . . 5
7.1.1 System resolution considerations . 5
7.2 Illumination configuration . 5
7.3 Brightness and grades . 6
7.4 Verifying visibility system performance . 6
8 Repeatability, reproducibility and fidelity in the context of optics imperfections .7
8.1 Evaluation repeatability . 7
8.2 Reproducibility . 8
8.3 Fidelity . 8
Annex A (informative) Relation between precision and classification error in dimensional
inspections using machine vision . 9
Bibliography .11
iii
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---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and Photonics, Subcommittee
SC 1, Fundamental standards.
A list of all parts in the ISO 14997 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
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---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Introduction
This document was developed to account for the increased use of machine vision for surface quality
inspections. The visual assessment of grades of surface imperfections of optical elements and systems
1)
is described in ISO 10110-7, and ISO 14997-1 . The latter gives methods to obtain subjective results
using the human eye, reference comparison standards, and in some cases optical magnification tools.
Utilizing machine vision opens the door for the objective evaluation of imperfections as well as
electronic data storage of detailed and precise test reports along with statistical data handling. It offers
an opportunity for better repeatability of the characterisation of surfaces and a potential method of
arbitration in supplier / customer discussions about surface imperfections.
Inspection results of optics obtained by manual inspection and from already existing machine vision
systems have shown good correlation. Minor deviations arise, but are largely due to the differences of
subjective and objective evaluation.
Of particular concern can be long scratches such as sleeks. Such imperfections often are more visible
when tilting and rotating the sample to the optimum position which, in machine vision devices, is often
accomplished by covering an amount of incident illumination angles, which are limited due to practical
reasons.
1) ISO 14997-1 is at the time of publication of this document published as ISO 14997:2017. The change in
numbering of the International Standard is intended at the next revision of ISO 14997.
v
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 14997-2:2022(E)
Optics and photonics — Test methods for surface
imperfections of optical elements —
Part 2:
Machine vision
1 Scope
This document provides guidance for the use of machine vision to objectively assess grades of surface
imperfections as defined on a drawing using ISO 10110-7 with equivalent results as those obtained by
applying the inspector-based methods described in ISO 14997-1.
This document also gives guidelines on how to setup a machine vision device regarding fidelity,
repeatability and reproducibility, based on the dark field detection principles of ISO 14997-1.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 10110-7, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 7:
Surface imperfections
ISO 14997-1, Optics and photonics ‑ Test methods for surface imperfections of optical elements
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10110-7 and ISO 14997-1 and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
machine vision
application of computer vision to machine, robot, process or quality control
Note 1 to entry: This definition is also applicable for use in optical elements and components.
[SOURCE: ISO 2382:2015, 2123788, modified — Notes to entry omitted and new Note 1 to entry added.]
3.2
machine vision grading
application of a machine vision system and a computer algorithm to determine the grades of
imperfections
Note 1 to entry: Machine vision grading reports the grade of a particular scratch or dig, which has usually been
presented to the machine vision system by an operator.
1
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
3.3
machine vision inspection
application of automation hardware and software with a machine vision system to determine if a
component or surface passes or fails a given surface imperfection specification
Note 1 to entry: In machine vision inspection, the machine vision grading is performed on all the detected
imperfections on the surface to evaluate the surface against all of its requirements, i.e. maximum imperfection
grade, accumulation of all imperfections and concentrations of imperfections.
3.4
sleek
polishing (hairline) scratch without visible conchoidal fracturing of the edges
[SOURCE: ISO 9802:1996, 3.6.2.1.4]
4 Symbols
Please see symbols of ISO 14997-1:2017, Clause 4 and the following:
IMV dimensional inspection using machine vision
D
IMV visibility inspection using machine vision
V
5 Considerations for machine vision systems applied to surface imperfection
inspection of optics
5.1 Evaluation limits
ISO 14997-1 specifies the required evaluation limits for manual visual inspection, taking into account
the human evaluation method and the limits of normal visual resolution. In machine vision assessment
of imperfections, a typical inspection device consists of a camera, magnification optics, an illumination
system and a computer-based evaluation algorithm. One key difference between machine vision and
visual inspection is that visual inspectors are advised by ISO 14997-1 to filter irrelevant defects by
adapting the illumination. Machine vision systems can use the same illumination independent of the
surface specification and filter irrelevant defects when processing the data with a suitable algorithm.
NOTE Some calculations can be deceptively difficult for a system performing machine vision inspection.
For example, the concentration requirements of ISO 10110-7:2017 4.2.4 and 4.3.3 require an extensive
decision algorithm to evaluate all the possible combinations of imperfections that are present to determine if a
concentration has occurred.
5.2 Sample preparation
According to ISO 14997-1 a test sample needs to be cleaned well enough to allow inspection to the
required level. Adhered particles tend to be indistinguishable from digs and pits in the glass and
therefore need to be counted as imperfections as well (see ISO 10110-7). If the operator is uncertain
about the cleanliness of the sample, it is often best to re-clean the sample after inspection and test it
again.
5.3 Illumination configuration
The test method is often a dark field configuration, to be sensitive to scattered light. It can be either
a reflective light configuration or a transmitted light configuration. Best contrast is often achieved
in dark field, close to the specular reflection. It is important to make sure the illumination conditions
are sufficient for the testing system to be sensitive enough to observe all relevant imperfections as
described in ISO 10110-7 and ISO 14997-1, including adhered particles.
2
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
Most of the imperfections have a well distributed angle dependency for scattered light. In many cases,
long imperfections like scratches and sleeks will have a directional bias to the peak scattering direction;
typically, in a rotation of 90° with respect to the long axis of the scratch. Moreover, they can produce
a small cone of light with a small opening angle. Visual inspectors will tilt and rotate the sample until
they reach best visibility and continue with the evaluation. In machine vision, this approach can be
impractical and time consuming. In most machine vision inspection systems, a single camera is
observing the element under only one angle, e.g. parallel to the optical axis or orthogonal to the surface.
The lack of different camera viewing angles can be compensated partly by using an illumination system
that covers a large angular spectrum.
Best results are usually achieved when the illumination system covers a wide range of azimuth (around
the test piece) and polar (between the plane of the test piece and the system optical axis) angles. This
can be achieved, for example, by using a passively illuminated dome or a direct ring or dome-like
illumination with individual sources (typically LEDs) that are packed closely together. Illumination
uniformity is important, both in azimuthal and polar angles. Best illumination is continuous or close
to continuous in azimuthal range. Larger gaps in the azimuthal range increase the probability that
scratches and sleeks are not continuously visible in the images. The range of polar angles is often
maximized, within the practical constraints of a darkfield configuration and the application. For most
imperfections, most light is scattered by only small angles, so that scattered light intensity is highest
close to the direction of specular reflection. Larger polar angles tend to add to background illumination,
but only a small fraction of the light ends up being scattered into the camera. Manufacturers of
machine vision systems used in surface imperfection inspection can assist the user in determining the
functionality of the system in their specific application by specifying the azimuthal and angular ranges
covered by their device.
NOTE For curved elements, the ideal polar angle for illumination will vary across the surface, as it depends
on the slope of the surface.
6 Dimensional inspection using machine vision (IMV )
D
NOTE For visual dimensional inspection (IV , IS and IM ), see ISO 14997-1.
D D D
6.1 Dimensional resolution and accuracy considerations
For dimensional grade assessment of optical surface imperfections, the task of the inspection is to
classify imperfections into grades according to the Renard R5 series described in ISO 3, e.g. 0,1; 0,063;
0,04; 0,025; 0,016; 0,01, etc. For (long) scratches, where these have been specified in the drawing, the
grade number corresponds to the width of the scratch. General (and coating) imperfections such as digs
are classified according to the square root of their area. The task of the inspection is to differentiate
between imperfections of grade 0,25A and 0,16A, where A is the specified grade number, because of
the accumulation and concentration rules for general and coating imperfections. ISO 10110-7:2017,
4.2.3, states that imperfections of "grade number of 0,16A or smaller shall not be counted", while larger
imperfections are accumulated to compute the effective imperfection area. Long scratches are ignored
if their grade is 0,25A or less.
The machine vision system for dimensional inspection typically uses a high-resolution image and
image processing algorithms to determine the width and/or area of imperfections. The imperfections
are then assigned grade numbers from the Renard R5 series.
The resolution of the machine vision system is dependent on
— the optical resolution of the magnification optics,
— the pixel pitch of the camera sensor, and
— the algorithm used to process the image data.
NOTE 1 The design of the illumination system could influence the resolution, e.g. when the aperture of a bright
field light source is smaller than the aperture of the imaging lens.
3
© ISO 2022 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(E)
ISO 10110-7:2017, 4.2.3 states that “A larger number of surface imperfections (including coating
imperfections) with a smaller grade number is permitted, if the sum of their areas does not exceed
the maximum total area.” It goes on to say “When determining the number of permissible surface
imperfections or localized imperfections in optical assemblies, those with a grade number of 0,16A
or smaller shall not be counted". Consequently, to evaluate the surface for the accumulation and
concentration requirements the resolution of the system needs to be at least 0,16A, where A is the
specified grade number.
NOTE 2 This is a much stronger expectation than asking that imperfections can be detected down to grade
0,16A. Typical machine vision systems with good signal-to-noise ratios can detect isolated objects well below
their resolution.
The machine vision grading for each imperfection is subject to both random (statistical) and systematic
errors. Key quantities are the system’s fidelity (proximity of results to the true value) and precision
(repeatability and reproducibility) for determining the correct grade of an imperfection. However, the
effect of fidelity and precision of an imperfection’s width/area measurement on its classification into a
specific grade depends upon how close the given imperfection’s actual width/area is with respect to the
limiting values of the grade size range. If the actual width or square root of the area is exactly equal to a
grade number, the classification will be correct only 50 % of the time, assuming a Gaussian distribution
of measurement results.
Under the assumption that the measurement results of the machine vision system for a given
imperfection follow a Gaussian proba
...
2022-08-03 Style Definition: Heading 1: Indent: Left: 0 pt, First
line: 0 pt
ISO/TR 14997-2:2022(F)
Style Definition: Heading 2: Font: Bold, Tab stops: Not
at 18 pt
ISO/TC 172/SC 1
Style Definition: Heading 3: Font: Bold
Style Definition: Heading 4: Font: Bold
2022-08
Style Definition: Heading 5: Font: Bold
Secrétariat: DIN
Style Definition: Heading 6: Font: Bold
Style Definition: ANNEX
Version corrigée
2022-09 Style Definition: RefNorm
Style Definition: Body Text_Center
Style Definition: Dimension_100
Style Definition: Figure Graphic
Style Definition: Figure subtitle
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux imperfections de surface
Style Definition: List Continue 1
des éléments optiques —
Partie 2: Visionique
Style Definition: List Number 1
Style Definition: AMEND Terms Heading: Font: Bold
Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of optical elements —
Style Definition: AMEND Heading 1 Unnumbered:
Part 2: Machine vision
Font: Bold
Formatted: Font: Bold
Formatted: Font: Bold
Formatted: Font: Bold
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
© ISO 2022
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Tous droits réservés. Sauf spécification différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre,
aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et
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ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Téléphone: +41 22 749 01 11
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Publié en Suisse
ii © ISO 2022 – Tous droits réservés
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ISO/TR 14997-22022(F)
Sommaire
Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes optiques de
contrôle des imperfections de surface . 2
5.1 Limites d’évaluation . 2
5.2 Préparation des échantillons . 2
5.3 Configuration de l’éclairage . 2
6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMVD) . 3
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude . 3
6.2 Luminosité et sensibilité . 4
6.3 Vérification des performances du système de contrôle dimensionnel . 5
7 Contrôle visuel par visionique(IMVV) . 5
7.1 Limite d’évaluation de visibilité . 5
7.1.1 Considérations relatives à la résolution du système . 5
7.2 Configuration de l’éclairage . 6
7.3 Luminosité et classes . 6
7.4 Vérification des performances du système de visibilité . 6
8 Répétabilité, reproductibilité et fidélité dans le contexte d’imperfections d’éléments
optiques . 8
8.1 Évaluation et répétabilité . 8
8.2 Reproductibilité . 8
8.3 Fidélité . 9
Annexe A (informative) Relation entre précision et erreur de classification dans les contrôles
par visionique . 10
Bibliographie . 12
Avant-propos . v
Introduction . vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes optiques de
contrôle des imperfections de surface . 2
5.1 Limites d’évaluation . 2
5.2 Préparation des échantillons . 3
5.3 Configuration de l’éclairage . 3
6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMVD) . 3
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude . 4
6.2 Luminosité et sensibilité . 5
© ISO 2022 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(F)
6.3 Vérification des performances du système de contrôle dimensionnel . 5
7 Contrôle visuel par visionique(IMVV) . 5
7.1 Limite d’évaluation de visibilité . 5
7.1.1 Considérations relatives à la résolution du système . 6
7.2 Configuration de l’éclairage . 6
7.3 Luminosité et classes . 6
7.4 Vérification des performances du système de visibilité . 7
8 Répétabilité, reproductibilité et fidélité dans le contexte d’imperfections d’éléments
optiques . 8
8.1 Évaluation et répétabilité . 9
8.2 Reproductibilité . 9
8.3 Fidélité . 9
Annexe A (informative) Relation entre précision et erreur de classification dans les contrôles
par visionique . 11
Bibliographie . 13
iv © ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 14997-22022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit
de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales
et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la
normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directiveswww.iso.org/directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration
du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l'ISO (voir www.iso.org/brevetswww.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-
propos.htmlwww.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-
comité SC 1, Normes fondamentales.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14997 se trouve sur le site web de l’ISO.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.htmlwww.iso.org/fr/members.html.
La présente version corrigée de l'ISO/TR 14997-2:2022 inclut les corrections suivantes:
— des corrections rédactionnelles ont été ajoutées en 3.4 et à la Figure 1;
— l'ISO 9802:2022 a été ajoutée à la Bibliographie, les références croisées et la Bibliographie ont été
renumérotées.
© ISO 2022 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(F)
Introduction
Le présent document a été développé pour tenir compte de l’utilisation croissante de la visionique pour
le contrôle de la qualité de surface. L’évaluation visuelle des degrés d’imperfections de surface des
1
éléments et systèmes optiques est décrite dans l’ISO 10110-7, et dans l’ISO 14997-1 . Cette dernière Formatted: Pattern: Clear
fournit des méthodes pour obtenir des résultats subjectifs en utilisant l'œil humain, des normes de
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comparaison de références, et dans certains cas, des outils de grossissement optique.
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Le recours à la visionique offre de nouvelles possibilité pour l’évaluation objective des imperfections ainsi
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que le stockage électronique des données et de rapports d’essai précis avec traitement statistique de
Formatted: Pattern: Clear
données. Elle offre une opportunité pour une meilleure répétabilité dans la caractérisation des surfaces
Formatted: Pattern: Clear
et une méthode potentielle d’arbitrage dans les débats fournisseur/client au sujet des imperfections de
surface.
Les résultats de contrôle des systèmes optiques obtenus par contrôle manuel ou à partir de systèmes
préexistants de visionique montrent une bonne corrélation. Des écarts mineurs surviennent, mais ils sont
en grande partie dus aux différences des évaluations subjectives et objectives.
Les rayures longues telles que les filandres peuvent être particulièrement problématiques. Ce type
d’imperfections est souvent davantage visible en inclinant ou en faisant tourner l’échantillon jusqu’à une
position optimale, ce qui est souvent réalisé, dans le cas de dispositifs de visionique, en couvrant un
certain nombres d’angles d’incidence d’éclairage, ceux-ci étant limités pour des raison pratique.
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1
Au moment de la publication du présent document, l’ISO 14997-1 est publié sous la référence ISO 14997:2017. Le
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changement de numérotation de la Norme internationale est prévu lors de la prochaine révision de l’ISO 14997.
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vi © ISO 2022 – Tous droits réservés
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ISO/TR 14997-22022(F)
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments optiques —
Partie 2: Visionique
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des conseils quant à l’utilisation de la visionique pour évaluer objectivement
les classes d’imperfections de surface telles que définies à l’aide d’un dessin dans l’ISO 10110-7 avec des
Formatted: Pattern: Clear
résultats équivalents à ceux obtenus en appliquant les méthodes de contrôle humain décrites dans
Formatted: Pattern: Clear
l’ISO 14997-1.
Formatted: Pattern: Clear
Le présent document fournit également des lignes directrices quant à l’installation d’un dispositif de
Formatted: Pattern: Clear
visionique en termes de fidélité, répétabilité et reproductibilité, sur la base des principes de détection sur
Formatted: Pattern: Clear
champ sombre de l’ISO 14997-1.
Formatted: Pattern: Clear
2 Références normatives
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Formatted: Pattern: Clear
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 10110-7, Optique et photonique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes optiques
— Partie 7: Imperfections de surface
ISO 14997-1, Optique et photonique — Méthodes d’essai applicables aux imperfections de surface des
éléments optiques
ISO 14997-1, Optique et photonique — Méthodes d’essai applicables aux imperfections de surface des
éléments optiques
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 10110-7 et de l'ISO 14997-1
Formatted: Pattern: Clear
ainsi que les suivants s'appliquent.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse
https://www.iso.org/obphttps://www.iso.org/obp Formatted: Pattern: Clear
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse
https://www.electropedia.org/https://www.electropedia.org/
3.1
visionique
application de la vision artificielle à la conduite de machines et des robots, ainsi qu'au contrôle de la
qualité et des processus
© ISO 2022 – Tous droits réservés 1
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
Note 1 à l’article: La présente définition s’applique également à l’utilisation pour les éléments et composants
optiques.
[SOURCE: ISO 2382:2015, 2123788, modifiée — Omission des Notes à l’article et ajout d’une nouvelle
Formatted: Pattern: Clear
Note 1 à l’article.]
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
3.2
classement par visionique
Formatted: Pattern: Clear
application d’un système de visionique et d’un algorithme informatique afin de déterminer les classes
d’imperfections
Note 1 à l’article: Le classement par visionique indique la classe d’une rayure ou d’un creux qui a généralement été
soumis au système de visionique par un opérateur.
3.3
contrôle par visionique
application d’un matériel d’automatisation et d’un logiciel de visionique afin de déterminer si un
composant ou une surface répond, ou non, aux spécifications de surface
Note 1 à l’article: Lors du contrôle par visionique, le classement par visionique est effectué sur toutes les
imperfections détectées sur la surface, afin d’évaluer la surface quant à toutes les exigences la concernant, par
exemple, la classe d’imperfection maximale, l’accumulation de toutes les imperfections et la concentration des
imperfections.
3.4
filandre
rayure capillaire de polissage sans fracture conchoïdale visible des bords
[SOURCE: ISO 9802:19962022, 3.6.2.1.4]
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
4 Symboles
Formatted: French (Switzerland)
Voir les symboles de l’ISO 14997-1:2017, Article 4 et ce qui suit:
Formatted: Pattern: Clear
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IMV contrôle dimensionnel en utilisant la visionique
D
Formatted: Pattern: Clear
IMV contrôle de visibilité utilisant la visionique
V
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes Formatted: Pattern: Clear
optiques de contrôle des imperfections de surface
Formatted: Pattern: Clear
5.1 Limites d’évaluation
Formatted: Pattern: Clear
L’ISO 14997-1 précise les limites d’évaluation requises pour le contrôle visuel manuel, en tenant compte
Formatted: Pattern: Clear
de la méthode d’évaluation humaine et des limites de la résolution visuelle normale. Pour l’évaluation des
imperfections par visionique, un dispositif de contrôle est typiquement constitué d’un appareil photo, Formatted: Pattern: Clear
d’éléments optiques de grossissement, d’un système d’éclairage et d’un algorithme d’évaluation par
Formatted: Pattern: Clear
ordinateur. La principale différence entre le contrôle par visionique et le contrôle visuel est que
Formatted: Pattern: Clear
l’ISO 14997-1 conseille aux contrôleurs visuels d'écarter les défauts non pertinents en adaptant
l’éclairage. Lorsque les données sont traitées par un algorithme adapté, les systèmes de visionique
Formatted: Pattern: Clear
peuvent utiliser le même éclairage, indépendamment des caractéristiques de la surface et écarter les
Formatted: Pattern: Clear
défauts non pertinents.
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NOTE Certains calculs peuvent être plus difficiles qu’il n’y paraît pour un système de contrôle par visionique.
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Par exemple, les exigences de concentration de l’ISO 10110-7:2017 4.2.4 et 4.3.3 nécessitent un algorithme de
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2 © ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TR 14997-22022(F)
décision complexe pour évaluer toutes les combinaisons possibles d’imperfections présentes afin de déterminer s’il
y a eu concentration.
5.2 Préparation des échantillons
Conformément à l’ISO 14997-1, un échantillon d’essai doit être suffisamment nettoyé pour permettre un
Formatted: Pattern: Clear
contrôle du niveau requis. Les particules collées ont tendance à se confondre avec les creux et les alvéoles
Formatted: Pattern: Clear
situées dans le verre, il est donc nécessaire de les comptabiliser également comme imperfections (voir
Formatted: Pattern: Clear
ISO 10110-7). Si l’opérateur doute de la propreté de l’échantillon, il est souvent préférable de nettoyer à
nouveau l’échantillon après contrôle et de le soumettre de nouveau à l’essai.
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5.3 Configuration de l’éclairage
Formatted: Pattern: Clear
La méthode d'essai est souvent une configuration en champ sombre, pour une sensibilité à la lumière
dispersée. Il peut s’agir soit d’une configuration à lumière réfléchie, soit d’une configuration à lumière
transmise. Le meilleur contraste est souvent obtenu sur champ sombre, proche de la réflexion spéculaire.
Il est important de s’assurer que les conditions d’éclairage sont suffisantes pour que le système d’essai
soit suffisamment sensible pour permettre l'observation de toutes les imperfections pertinentes, comme
décrit dans l’ISO 10110-7 et l’ISO 14997-1, dont les particules collées.
Formatted: Pattern: Clear
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La plupart des imperfections ont une dépendance angulaire bien répartie pour la lumière dispersée. Dans
Formatted: Pattern: Clear
de nombreux cas, les imperfections telles que les rayures et les filandres présenteront une déviation par
rapport à la direction de dispersion principale, généralement avec une rotation de 90° par rapport à l’axe
Formatted: Pattern: Clear
longitudinal de la rayure. De plus, elles peuvent produire un petit cône de lumière avec un faible angle
Formatted: Pattern: Clear
d’ouverture. Les contrôleurs visuels inclineront et feront tourner l’échantillon jusqu’à atteindre la
Formatted: Pattern: Clear
meilleure visibilité pour poursuivre l’évaluation. En visionique, cette approche peut s’avérer peu pratique
et chronophage. Dans la plupart des systèmes de contrôle par visionique, une caméra unique évalue
l’élément sous un seul angle, par exemple, parallèlement à l’axe optique ou bien perpendiculairement à
la surface. L’absence de différents angles de vision par caméra peut être partiellement compensée par
l’utilisation d’un système d’éclairage couvrant un spectre angulaire large.
Les meilleurs résultats sont généralement obtenus lorsque le système d’éclairage couvre une grande
plage d’angles azimutaux (autour de l’échantillon d’essai) et d’angles polaires (entre le plan de
l’échantillon d’essai et l’axe optique du système). Il est possible d’y parvenir, par exemple, en ayant
recours à un dôme à éclairage passif ou à un éclairage direct de type anneau ou dôme équipé de sources
individuelles (généralement des LEDs) implantées de manière rapprochée. L’uniformité d’éclairage est
importante, à la fois pour les angles azimutaux et polaires. Le meilleur éclairage est l’éclairage continu ou
proche de continu dans la plage azimutale. Des intervalles plus grandes dans la plage azimutale
augmentent la probabilité que des rayures et des filandres ne soient pas visibles de manière continue
dans les images. La plage d’angles polaires est souvent maximisées, dans la limite des contraintes
pratiques de la configuration et de l’application d’un champ sombre. Pour la plupart des imperfections,
la plus grande partie de la lumière est diffractée à angle faible, ainsi l’intensité de la lumière dispersée est
la plus forte lorsque sa direction est proche de la direction de la réflexion spéculaire. Des angles polaires
plus grands ont tendance à augmenter l’éclairage de fond, toutefois, seule une infime fraction de cette
lumière est effectivement dispersée jusqu’à la caméra. En précisant les plages d’azimuts et les plages
angulaires couvertes par leur dispositif, les fabricants de systèmes de visionique utilisés pour le contrôle
des imperfections de surface peuvent aider l’utilisateur à déterminer la fonctionnalité du système pour
leur mise en œuvre spécifique.
NOTE Pour les éléments arrondis, l’angle polaire idéal pour l’éclairage varie sur la surface, puisqu’il dépend de
l’inclinaison de la surface.
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6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMV )
D
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NOTE Pour le contrôle visuel des dimensions (IVD, ISD et IMD), voir l’ISO 14997-1.
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© ISO 2022 – Tous droits réservés 3
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude
Pour l’évaluation des classes de dimension des imperfections optiques de surface, la mission de contrôle
consiste à classer les imperfections en différentes classes conformément à la série de Renard R5 décrite
dans l’ISO 3, par exemple, 0,1; 0,063; 0,04; 0,025; 0,016; 0,01, etc. pour les rayures (longues), à l’endroit
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où celles-ci ont été indiquées dans le dessin, la référence de classe correspondant à la largeur de la rayure.
Formatted: Pattern: Clear
Les imperfections générales (et de revêtement) telles que les creux sont classées par rapport à la racine
Formatted: Not Highlight
carrée de leur aire. La mission de contrôle consiste à distinguer les imperfections de classe 0,25A des
imperfections de classe 0,16A, là où A est la référence de classe spécifiée, à cause de l’accumulation et de
la concentration de règles pour les imperfections générales et de revêtement. L’ISO 10110-7:2017, 4.2.3,
Formatted: Pattern: Clear
déclare que les imperfections de «référence de classe 0,16A ou moins ne doivent pas être comptées»,
Formatted: Pattern: Clear
tandis que les imperfections plus étendues sont cumulées pour calculer l’aire utile d’imperfections. Les
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rayures longues ne sont pas prises en compte si elles sont de classe 0,25A ou bien inférieure.
Formatted: Pattern: Clear
Le système de visionique pour le contrôle dimensionnel exploite une image haute résolution et des
Formatted: Pattern: Clear
algorithmes de traitement d’images pour déterminer la largeur et/ou l’aire des imperfections. Les
imperfections reçoivent ensuite une référence de classe de la série de Renard R5.
La résolution du système de visionique est influencée par
— la résolution optique des éléments optiques de grossissement,
— le pas de pixel du capteur de la caméra, et
— l’algorithme utilisé pour traiter les données d’image.
NOTE 1 La conception du système d’éclairage peut influencer la résolution, par exemple, lorsque l’ouverture
d’une source de lumière d’un fond clair est plus petite que l’ouverture de l’objectif d’imagerie.
L’ISO 10110-7:2017, 4.2.3 indique qu’« Un nombre plus important d’imperfections de surface (y compris
Formatted: Pattern: Clear
les imperfections de traitement) avec une référence de classe inférieure est autorisé si la somme de leurs
Formatted: Pattern: Clear
superficies ne dépasse pas la superficie totale maximale ». Il poursuit par «Lors de la détermination du
Formatted: Pattern: Clear
nombre d’imperfections de surface o
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 14997-2
Première édition
2022-08
Version corrigée
2022-09
Optique et photonique — Méthodes
d'essai applicables aux imperfections
de surface des éléments optiques —
Partie 2:
Visionique
Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of
optical elements —
Part 2: Machine vision
Numéro de référence
ISO/TR 14997-2:2022(F)
© ISO 2022
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2022
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
© ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes
optiques de contrôle des imperfections de surface . 2
5.1 Limites d’évaluation . 2
5.2 Préparation des échantillons . 2
5.3 Configuration de l’éclairage . 3
6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMV ). 3
D
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude . 3
6.2 Luminosité et sensibilité . . 4
6.3 Vérification des performances du système de contrôle dimensionnel. 5
7 Contrôle visuel par visionique(IMVV) . 5
7.1 Limite d’évaluation de visibilité . 5
7.1.1 Considérations relatives à la résolution du système . 5
7.2 Configuration de l’éclairage . 6
7.3 Luminosité et classes . 6
7.4 Vérification des performances du système de visibilité . 6
8 Répétabilité, reproductibilité et fidélité dans le contexte d’imperfections
d’éléments optiques . 8
8.1 Évaluation et répétabilité . 8
8.2 Reproductibilité . 8
8.3 Fidélité . 9
Annexe A (informative) Relation entre précision et erreur de classification dans
les contrôles par visionique .10
Bibliographie .12
iii
© ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-
comité SC 1, Normes fondamentales.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14997 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
La présente version corrigée de l'ISO/TR 14997-2:2022 inclut les corrections suivantes:
— des corrections rédactionnelles ont été ajoutées en 3.4 et à la Figure 1;
— l'ISO 9802:2022 a été ajoutée à la Bibliographie, les références croisées et la Bibliographie ont été
renumérotées.
iv
© ISO 2022 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 14997-2:2022(F)
Introduction
Le présent document a été développé pour tenir compte de l’utilisation croissante de la visionique pour
le contrôle de la qualité de surface. L’évaluation visuelle des degrés d’imperfections de surface des
1)
éléments et systèmes optiques est décrite dans l’ISO 10110-7, et dans l’ISO 14997-1 . Cette dernière
fournit des méthodes pour obtenir des résultats subjectifs en utilisant l'œil humain, des normes de
comparaison de références, et dans certains cas, des outils de grossissement optique.
Le recours à la visionique offre de nouvelles possibilité pour l’évaluation objective des imperfections
ainsi que le stockage électronique des données et de rapports d’essai précis avec traitement statistique
de données. Elle offre une opportunité pour une meilleure répétabilité dans la caractérisation des
surfaces et une méthode potentielle d’arbitrage dans les débats fournisseur/client au sujet des
imperfections de surface.
Les résultats de contrôle des systèmes optiques obtenus par contrôle manuel ou à partir de systèmes
préexistants de visionique montrent une bonne corrélation. Des écarts mineurs surviennent, mais ils
sont en grande partie dus aux différences des évaluations subjectives et objectives.
Les rayures longues telles que les filandres peuvent être particulièrement problématiques. Ce type
d’imperfections est souvent davantage visible en inclinant ou en faisant tourner l’échantillon jusqu’à
une position optimale, ce qui est souvent réalisé, dans le cas de dispositifs de visionique, en couvrant un
certain nombres d’angles d’incidence d’éclairage, ceux-ci étant limités pour des raison pratique.
1) Au moment de la publication du présent document, l’ISO 14997-1 est publié sous la référence ISO 14997:2017.
Le changement de numérotation de la Norme internationale est prévu lors de la prochaine révision de l’ISO 14997.
v
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---------------------- Page: 5 ----------------------
RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 14997-2:2022(F)
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments optiques —
Partie 2:
Visionique
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des conseils quant à l’utilisation de la visionique pour évaluer objectivement
les classes d’imperfections de surface telles que définies à l’aide d’un dessin dans l’ISO 10110-7 avec
des résultats équivalents à ceux obtenus en appliquant les méthodes de contrôle humain décrites dans
l’ISO 14997-1.
Le présent document fournit également des lignes directrices quant à l’installation d’un dispositif de
visionique en termes de fidélité, répétabilité et reproductibilité, sur la base des principes de détection
sur champ sombre de l’ISO 14997-1.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 10110-7, Optique et photonique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes optiques —
Partie 7: Imperfections de surface
ISO 14997-1, Optique et photonique — Méthodes d’essai applicables aux imperfections de surface des
éléments optiques
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 10110-7 et de l'ISO 14997-1
ainsi que les suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
visionique
application de la vision artificielle à la conduite de machines et des robots, ainsi qu'au contrôle de la
qualité et des processus
Note 1 à l'article: La présente définition s’applique également à l’utilisation pour les éléments et composants
optiques.
[SOURCE: ISO 2382:2015, 2123788, modifiée — Omission des Notes à l’article et ajout d’une nouvelle
Note 1 à l’article.]
1
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
3.2
classement par visionique
application d’un système de visionique et d’un algorithme informatique afin de déterminer les classes
d’imperfections
Note 1 à l'article: Le classement par visionique indique la classe d’une rayure ou d’un creux qui a généralement
été soumis au système de visionique par un opérateur.
3.3
contrôle par visionique
application d’un matériel d’automatisation et d’un logiciel de visionique afin de déterminer si un
composant ou une surface répond, ou non, aux spécifications de surface
Note 1 à l'article: Lors du contrôle par visionique, le classement par visionique est effectué sur toutes les
imperfections détectées sur la surface, afin d’évaluer la surface quant à toutes les exigences la concernant, par
exemple, la classe d’imperfection maximale, l’accumulation de toutes les imperfections et la concentration des
imperfections.
3.4
filandre
rayure capillaire de polissage sans fracture conchoïdale visible des bords
[SOURCE: ISO 9802:2022, 3.6.2.1.4]
4 Symboles
Voir les symboles de l’ISO 14997-1:2017, Article 4 et ce qui suit:
IMV contrôle dimensionnel en utilisant la visionique
D
IMV contrôle de visibilité utilisant la visionique
V
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes
optiques de contrôle des imperfections de surface
5.1 Limites d’évaluation
L’ISO 14997-1 précise les limites d’évaluation requises pour le contrôle visuel manuel, en tenant compte
de la méthode d’évaluation humaine et des limites de la résolution visuelle normale. Pour l’évaluation
des imperfections par visionique, un dispositif de contrôle est typiquement constitué d’un appareil
photo, d’éléments optiques de grossissement, d’un système d’éclairage et d’un algorithme d’évaluation
par ordinateur. La principale différence entre le contrôle par visionique et le contrôle visuel est que
l’ISO 14997-1 conseille aux contrôleurs visuels d'écarter les défauts non pertinents en adaptant
l’éclairage. Lorsque les données sont traitées par un algorithme adapté, les systèmes de visionique
peuvent utiliser le même éclairage, indépendamment des caractéristiques de la surface et écarter les
défauts non pertinents.
NOTE Certains calculs peuvent être plus difficiles qu’il n’y paraît pour un système de contrôle par visionique.
Par exemple, les exigences de concentration de l’ISO 10110-7:2017 4.2.4 et 4.3.3 nécessitent un algorithme de
décision complexe pour évaluer toutes les combinaisons possibles d’imperfections présentes afin de déterminer
s’il y a eu concentration.
5.2 Préparation des échantillons
Conformément à l’ISO 14997-1, un échantillon d’essai doit être suffisamment nettoyé pour permettre un
contrôle du niveau requis. Les particules collées ont tendance à se confondre avec les creux et les alvéoles
situées dans le verre, il est donc nécessaire de les comptabiliser également comme imperfections (voir
2
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
ISO 10110-7). Si l’opérateur doute de la propreté de l’échantillon, il est souvent préférable de nettoyer à
nouveau l’échantillon après contrôle et de le soumettre de nouveau à l’essai.
5.3 Configuration de l’éclairage
La méthode d'essai est souvent une configuration en champ sombre, pour une sensibilité à la lumière
dispersée. Il peut s’agir soit d’une configuration à lumière réfléchie, soit d’une configuration à lumière
transmise. Le meilleur contraste est souvent obtenu sur champ sombre, proche de la réflexion
spéculaire. Il est important de s’assurer que les conditions d’éclairage sont suffisantes pour que le
système d’essai soit suffisamment sensible pour permettre l'observation de toutes les imperfections
pertinentes, comme décrit dans l’ISO 10110-7 et l’ISO 14997-1, dont les particules collées.
La plupart des imperfections ont une dépendance angulaire bien répartie pour la lumière dispersée.
Dans de nombreux cas, les imperfections telles que les rayures et les filandres présenteront une
déviation par rapport à la direction de dispersion principale, généralement avec une rotation de 90°
par rapport à l’axe longitudinal de la rayure. De plus, elles peuvent produire un petit cône de lumière
avec un faible angle d’ouverture. Les contrôleurs visuels inclineront et feront tourner l’échantillon
jusqu’à atteindre la meilleure visibilité pour poursuivre l’évaluation. En visionique, cette approche
peut s’avérer peu pratique et chronophage. Dans la plupart des systèmes de contrôle par visionique,
une caméra unique évalue l’élément sous un seul angle, par exemple, parallèlement à l’axe optique ou
bien perpendiculairement à la surface. L’absence de différents angles de vision par caméra peut être
partiellement compensée par l’utilisation d’un système d’éclairage couvrant un spectre angulaire large.
Les meilleurs résultats sont généralement obtenus lorsque le système d’éclairage couvre une grande
plage d’angles azimutaux (autour de l’échantillon d’essai) et d’angles polaires (entre le plan de
l’échantillon d’essai et l’axe optique du système). Il est possible d’y parvenir, par exemple, en ayant
recours à un dôme à éclairage passif ou à un éclairage direct de type anneau ou dôme équipé de sources
individuelles (généralement des LEDs) implantées de manière rapprochée. L’uniformité d’éclairage est
importante, à la fois pour les angles azimutaux et polaires. Le meilleur éclairage est l’éclairage continu
ou proche de continu dans la plage azimutale. Des intervalles plus grandes dans la plage azimutale
augmentent la probabilité que des rayures et des filandres ne soient pas visibles de manière continue
dans les images. La plage d’angles polaires est souvent maximisées, dans la limite des contraintes
pratiques de la configuration et de l’application d’un champ sombre. Pour la plupart des imperfections,
la plus grande partie de la lumière est diffractée à angle faible, ainsi l’intensité de la lumière dispersée
est la plus forte lorsque sa direction est proche de la direction de la réflexion spéculaire. Des angles
polaires plus grands ont tendance à augmenter l’éclairage de fond, toutefois, seule une infime fraction
de cette lumière est effectivement dispersée jusqu’à la caméra. En précisant les plages d’azimuts et les
plages angulaires couvertes par leur dispositif, les fabricants de systèmes de visionique utilisés pour
le contrôle des imperfections de surface peuvent aider l’utilisateur à déterminer la fonctionnalité du
système pour leur mise en œuvre spécifique.
NOTE Pour les éléments arrondis, l’angle polaire idéal pour l’éclairage varie sur la surface, puisqu’il dépend
de l’inclinaison de la surface.
6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMV )
D
NOTE Pour le contrôle visuel des dimensions (IVD, ISD et IMD), voir l’ISO 14997-1.
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude
Pour l’évaluation des classes de dimension des imperfections optiques de surface, la mission de contrôle
consiste à classer les imperfections en différentes classes conformément à la série de Renard R5 décrite
dans l’ISO 3, par exemple, 0,1; 0,063; 0,04; 0,025; 0,016; 0,01, etc. pour les rayures (longues), à l’endroit où
celles-ci ont été indiquées dans le dessin, la référence de classe correspondant à la largeur de la rayure.
Les imperfections générales (et de revêtement) telles que les creux sont classées par rapport à la racine
carrée de leur aire. La mission de contrôle consiste à distinguer les imperfections de classe 0,25A des
imperfections de classe 0,16A, là où A est la référence de classe spécifiée, à cause de l’accumulation et de
la concentration de règles pour les imperfections générales et de revêtement. L’ISO 10110-7:2017, 4.2.3,
3
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
déclare que les imperfections de «référence de classe 0,16A ou moins ne doivent pas être comptées»,
tandis que les imperfections plus étendues sont cumulées pour calculer l’aire utile d’imperfections. Les
rayures longues ne sont pas prises en compte si elles sont de classe 0,25A ou bien inférieure.
Le système de visionique pour le contrôle dimensionnel exploite une image haute résolution et des
algorithmes de traitement d’images pour déterminer la largeur et/ou l’aire des imperfections. Les
imperfections reçoivent ensuite une référence de classe de la série de Renard R5.
La résolution du système de visionique est influencée par
— la résolution optique des éléments optiques de grossissement,
— le pas de pixel du capteur de la caméra, et
— l’algorithme utilisé pour traiter les données d’image.
NOTE 1 La conception du système d’éclairage peut influencer la résolution, par exemple, lorsque l’ouverture
d’une source de lumière d’un fond clair est plus petite que l’ouverture de l’objectif d’imagerie.
L’ISO 10110-7:2017, 4.2.3 indique qu’« Un nombre plus important d’imperfections de surface (y compris
les imperfections de traitement) avec une référence de classe inférieure est autorisé si la somme de leurs
superficies ne dépasse pas la superficie totale maximale ». Il poursuit par «Lors de la détermination
du nombre d’imperfections de surface ou d’imperfections localisées admissibles dans des ensembles
optiques, celles ayant une référence de classe de 0,16A ou moins ne doivent pas être comptées». Par
conséquent, pour évaluer les exigences d’accumulation et de concentration de la surface, la résolution
du système doit être au moins 0,16A, A étant la référence de classe spécifiée.
NOTE 2 Il s’agit d’une attente beaucoup plus exigeante que de demander la détection des imperfections jusqu’à
la classe 0,16A. Les systèmes de visionique courants avec un bon rapport signal/bruit peuvent détecter des objets
isolés bien en deçà de leur résolution.
Le classement par visionique de chaque imperfection est sujet à la fois à des erreurs aléatoires
(statistiques) et systématiques. Les grandeurs-clés sont la fidélité du système (résultats proches de la
valeur réelle) et la précision (répétabilité et reproductibilité) dans la détermination de la classe exacte
d’une imperfection. Toutefois, l’impact de la fidélité et de la précision de la largeur/de l’aire des mesures
d’une imperfection sur sa classification dans une classe spécifique dépend de la proximité de la largeur/
de l’aire de ladite imperfection aux valeurs limites de la plage de tailles de la classe. Si la largeur ou la
racine carrée de l’aire est précisément égale à la référence de classe, la classification ne sera exacte que
dans 50 % des cas, en supposant une distribution gaussienne des résultats de mesurage.
En partant du principe que les résultats de mesurage du système de visionique suivent une distribution
gaussienne de probabilités pour une imperfection donnée, la probabilité que la classe exacte A soit
attribuée à l’imperfection peut être estimée par
pA≈−10,/80 ×−σ (),63A
où
σ est l’écart-type de la distribution gaussienne, par exemple la précision du système, et
()AA−06, 3 est la dimension de l’intervalle de la référence de classe A (voir l’Annexe A pour l’écart).
EXEMPLE La probabilité de classifier de manière incorrecte une imperfection dont la référence de classe
est A, à l’aide un système de visionique disposant d’une précision égale à 0,1A est d’environ 22 %.
6.2 Luminosité et sensibilité
L’ISO 14997-1 spécifié une luminosité d’éclairage correspondant à celle nécessaire au contrôle visuel.
Pour le classement par visionique, la limite de détection dépendra non seulement de la luminosité
d’éclairage, mais également des caractéristiques de la caméra (gain et seuil de bruit d’obscurité) et des
algorithmes de traitement d’images utilisés.
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
Si l’éclairage est trop lumineux, la lumière dispersée par des imperfections plus importantes et/ou plus
dispersantes saturera le capteur d’images, si l’éclairage est trop faible, les imperfections plus petites
et/ou moins dispersantes ne se démarquent pas du bruit de fond. L’éclairage doit être suffisamment
lumineux pour que les plus petits défauts pertinents se démarquent du bruit de fond. Dans le cas où
les imperfections de plus grande taille ont tendance à saturer dans ces conditions, il est important de
procéder à un calibrage minutieux du système sur toute la plage de largeur et d’aire concernée afin
que les imperfections de grande taille très lumineuses ne soient pas agrandies par les algorithmes de
traitement.
6.3 Vérification des performances du système de contrôle dimensionnel
Pour vérifier qu’un système de visionique est capable de classer correctement les imperfections, il
est nécessaire de vérifier le système utilisant des étalons certifiés. Les contrôleurs visuels utilisent
généralement des plaques de référence en chrome sur verre avec des objets de différentes formes et
références de classe. Dans des conditions idéales de champ sombre, il n’est pas possible de distinguer
une surface réfléchissante d’une surface transparente. Étant donné que seuls les bords des étalons qui
sont en chrome sur verre seront visible dans le système, cela peut poser problème pour la vérification
du système.
Idéalement, un jeu d’étalons comprend l’intégralité des imperfections pertinentes. Ces étalons peuvent
être un ensemble d’éléments endommagés pour lesquels les classes d’imperfection ont été déterminées
à l’aide d’un microscope calibré ou de toute autre méthode appropriée. Il existe également des
techniques permettant la production artificielle d’étalons dispersant la lumière et qui sont visibles dans
des conditions de champ sombre, par exemple, une sonde ionique focalisée. Pour certaines applications,
la traçabilité de la référence des étalons par rapport aux étalons de taille connus est importante.
Pour vérifier le bon fonctionnement du système de visionique, la répétabilité, la reproductibilité et la
fidélité peuvent être évaluées.
7 Contrôle visuel par visionique(IMVV)
NOTE Pour le contrôle visuel (IV et IS ), voir l’ISO 14997-1.
D D
7.1 Limite d’évaluation de visibilité
Pour l’évaluation de la classe de visibilité des imperfections optiques de surface, le contrôle doit
distinguer la visibilité ou la luminosité des imperfections dans des conditions particulières d’éclairage.
Un système de visionique utilisé pour le classement des imperfections ou pour le contrôle par visionique
doit être au moins capable de détecter les imperfections visibles par un observateur humain dans les
conditions d’éclairage décrites dans l’ISO 14997-1. L’algorithme d’évaluation par ordinateur peut alors
ignorer les imperfections qui ne seraient normalement pas visibles par un observateur humain, et
déterminer la visibilité relative d’une imperfection sur une surface optique.
7.1.1 Considérations relatives à la résolution du système
De manière générale, l’algorithme de visionique associé au système distingue la visibilité des
imperfections en comparant la luminosité ou visibilité d'une imperfection à une bibliothèque intégrée
de luminosités ou visibilités servant d’«étalon de comparaison», ou une série d’étalons d’imperfections
de diverses classes. Le système optique et la caméra doivent pouvoir détecter la moitié de la visibilité de
la rayure ou du creux de l’imperfection à évaluer. Lors du classement par visionique, il est préférable que
le système et l’algorithme puissent déterminer la luminosité ou la visibilité d’une imperfection au moins
deux fois moins visible par rapport à la classe la plus basse du jeu utilisé pour comparaison. La plupart
des jeux présentent des rayures de classe 80, 60, 40, 20 et 10 et des creux de classe 50, 40, 20, 10 et 5.
De manière générale, ces classes de creux correspondent au diamètre apparent des étalon
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 14997-2
Première édition
2022-08
Optique et photonique — Méthodes
d'essai applicables aux imperfections
de surface des éléments optiques —
Partie 2:
Visionique
Optics and photonics — Test methods for surface imperfections of
optical elements —
Part 2: Machine vision
Numéro de référence
ISO/TR 14997-2:2022(F)
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
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Publié en Suisse
ii
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes
optiques de contrôle des imperfections de surface . 2
5.1 Limites d’évaluation . 2
5.2 Préparation des échantillons . 2
5.3 Configuration de l’éclairage . 3
6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMV ). 3
D
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude . 3
6.2 Luminosité et sensibilité . . 4
6.3 Vérification des performances du système de contrôle dimensionnel. 5
7 Contrôle visuel par visionique(IMVV) . 5
7.1 Limite d’évaluation de visibilité . 5
7.1.1 Considérations relatives à la résolution du système . 5
7.2 Configuration de l’éclairage . 6
7.3 Luminosité et classes . 6
7.4 Vérification des performances du système de visibilité . 6
8 Répétabilité, reproductibilité et fidélité dans le contexte d’imperfections
d’éléments optiques . 8
8.1 Évaluation et répétabilité . 8
8.2 Reproductibilité . 8
8.3 Fidélité . 9
Annexe A (informative) Relation entre précision et erreur de classification dans
les contrôles par visionique .10
Bibliographie .12
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-
comité SC 1, Normes fondamentales.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14997 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
Introduction
Le présent document a été développé pour tenir compte de l’utilisation croissante de la visionique pour
le contrôle de la qualité de surface. L’évaluation visuelle des degrés d’imperfections de surface des
1)
éléments et systèmes optiques est décrite dans l’ISO 10110-7, et dans l’ISO 14997-1 . Cette dernière
fournit des méthodes pour obtenir des résultats subjectifs en utilisant l'œil humain, des normes de
comparaison de références, et dans certains cas, des outils de grossissement optique.
Le recours à la visionique offre de nouvelles possibilité pour l’évaluation objective des imperfections
ainsi que le stockage électronique des données et de rapports d’essai précis avec traitement statistique
de données. Elle offre une opportunité pour une meilleure répétabilité dans la caractérisation des
surfaces et une méthode potentielle d’arbitrage dans les débats fournisseur/client au sujet des
imperfections de surface.
Les résultats de contrôle des systèmes optiques obtenus par contrôle manuel ou à partir de systèmes
préexistants de visionique montrent une bonne corrélation. Des écarts mineurs surviennent, mais ils
sont en grande partie dus aux différences des évaluations subjectives et objectives.
Les rayures longues telles que les filandres peuvent être particulièrement problématiques. Ce type
d’imperfections est souvent davantage visible en inclinant ou en faisant tourner l’échantillon jusqu’à
une position optimale, ce qui est souvent réalisé, dans le cas de dispositifs de visionique, en couvrant un
certain nombres d’angles d’incidence d’éclairage, ceux-ci étant limités pour des raison pratique.
1) Au moment de la publication du présent document, l’ISO 14997-1 est publié sous la référence ISO 14997:2017.
Le changement de numérotation de la Norme internationale est prévu lors de la prochaine révision de l’ISO 14997.
v
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 14997-2:2022(F)
Optique et photonique — Méthodes d'essai applicables aux
imperfections de surface des éléments optiques —
Partie 2:
Visionique
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des conseils quant à l’utilisation de la visionique pour évaluer objectivement
les classes d’imperfections de surface telles que définies à l’aide d’un dessin dans l’ISO 10110-7 avec
des résultats équivalents à ceux obtenus en appliquant les méthodes de contrôle humain décrites dans
l’ISO 14997-1.
Le présent document fournit également des lignes directrices quant à l’installation d’un dispositif de
visionique en termes de fidélité, répétabilité et reproductibilité, sur la base des principes de détection
sur champ sombre de l’ISO 14997-1.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 10110-7, Optique et photonique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes optiques —
Partie 7: Imperfections de surface
ISO 14997-1, Optique et photonique — Méthodes d’essai applicables aux imperfections de surface des
éléments optiques
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 10110-7 et de l'ISO 14997-1
ainsi que les suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
visionique
application de la vision artificielle à la conduite de machines et des robots, ainsi qu'au contrôle de la
qualité et des processus
Note 1 à l'article: La présente définition s’applique également à l’utilisation pour les éléments et composants
optiques.
[SOURCE: ISO 2382:2015, 2123788, modifiée — Omission des Notes à l’article et ajout d’une nouvelle
Note 1 à l’article.]
1
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
3.2
classement par visionique
application d’un système de visionique et d’un algorithme informatique afin de déterminer les classes
d’imperfections
Note 1 à l'article: Le classement par visionique indique la classe d’une rayure ou d’un creux qui a généralement
été soumis au système de visionique par un opérateur.
3.3
contrôle par visionique
application d’un matériel d’automatisation et d’un logiciel de visionique afin de déterminer si un
composant ou une surface répond, ou non, aux spécifications de surface
Note 1 à l'article: Lors du contrôle par visionique, le classement par visionique est effectué sur toutes les
imperfections détectées sur la surface, afin d’évaluer la surface quant à toutes les exigences la concernant, par
exemple, la classe d’imperfection maximale, l’accumulation de toutes les imperfections et la concentration des
imperfections.
3.4
filandre
rayure capillaire de polissage sans fracture conchoïdale visible des bords
[SOURCE: ISO 9802:1996, 3.6.2.1.4]
4 Symboles
Voir les symboles de l’ISO 14997-1:2017, Article 4 et ce qui suit:
IMV contrôle dimensionnel en utilisant la visionique
D
IMV contrôle de visibilité utilisant la visionique
V
5 Considérations relatives aux systèmes de visionique appliqués aux systèmes
optiques de contrôle des imperfections de surface
5.1 Limites d’évaluation
L’ISO 14997-1 précise les limites d’évaluation requises pour le contrôle visuel manuel, en tenant compte
de la méthode d’évaluation humaine et des limites de la résolution visuelle normale. Pour l’évaluation
des imperfections par visionique, un dispositif de contrôle est typiquement constitué d’un appareil
photo, d’éléments optiques de grossissement, d’un système d’éclairage et d’un algorithme d’évaluation
par ordinateur. La principale différence entre le contrôle par visionique et le contrôle visuel est que
l’ISO 14997-1 conseille aux contrôleurs visuels d'écarter les défauts non pertinents en adaptant
l’éclairage. Lorsque les données sont traitées par un algorithme adapté, les systèmes de visionique
peuvent utiliser le même éclairage, indépendamment des caractéristiques de la surface et écarter les
défauts non pertinents.
NOTE Certains calculs peuvent être plus difficiles qu’il n’y paraît pour un système de contrôle par visionique.
Par exemple, les exigences de concentration de l’ISO 10110-7:2017 4.2.4 et 4.3.3 nécessitent un algorithme de
décision complexe pour évaluer toutes les combinaisons possibles d’imperfections présentes afin de déterminer
s’il y a eu concentration.
5.2 Préparation des échantillons
Conformément à l’ISO 14997-1, un échantillon d’essai doit être suffisamment nettoyé pour permettre un
contrôle du niveau requis. Les particules collées ont tendance à se confondre avec les creux et les alvéoles
situées dans le verre, il est donc nécessaire de les comptabiliser également comme imperfections (voir
2
© ISO 2022 – Tous droits réservés
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
ISO 10110-7). Si l’opérateur doute de la propreté de l’échantillon, il est souvent préférable de nettoyer à
nouveau l’échantillon après contrôle et de le soumettre de nouveau à l’essai.
5.3 Configuration de l’éclairage
La méthode d'essai est souvent une configuration en champ sombre, pour une sensibilité à la lumière
dispersée. Il peut s’agir soit d’une configuration à lumière réfléchie, soit d’une configuration à lumière
transmise. Le meilleur contraste est souvent obtenu sur champ sombre, proche de la réflexion
spéculaire. Il est important de s’assurer que les conditions d’éclairage sont suffisantes pour que le
système d’essai soit suffisamment sensible pour permettre l'observation de toutes les imperfections
pertinentes, comme décrit dans l’ISO 10110-7 et l’ISO 14997-1, dont les particules collées.
La plupart des imperfections ont une dépendance angulaire bien répartie pour la lumière dispersée.
Dans de nombreux cas, les imperfections telles que les rayures et les filandres présenteront une
déviation par rapport à la direction de dispersion principale, généralement avec une rotation de 90°
par rapport à l’axe longitudinal de la rayure. De plus, elles peuvent produire un petit cône de lumière
avec un faible angle d’ouverture. Les contrôleurs visuels inclineront et feront tourner l’échantillon
jusqu’à atteindre la meilleure visibilité pour poursuivre l’évaluation. En visionique, cette approche
peut s’avérer peu pratique et chronophage. Dans la plupart des systèmes de contrôle par visionique,
une caméra unique évalue l’élément sous un seul angle, par exemple, parallèlement à l’axe optique ou
bien perpendiculairement à la surface. L’absence de différents angles de vision par caméra peut être
partiellement compensée par l’utilisation d’un système d’éclairage couvrant un spectre angulaire large.
Les meilleurs résultats sont généralement obtenus lorsque le système d’éclairage couvre une grande
plage d’angles azimutaux (autour de l’échantillon d’essai) et d’angles polaires (entre le plan de
l’échantillon d’essai et l’axe optique du système). Il est possible d’y parvenir, par exemple, en ayant
recours à un dôme à éclairage passif ou à un éclairage direct de type anneau ou dôme équipé de sources
individuelles (généralement des LEDs) implantées de manière rapprochée. L’uniformité d’éclairage est
importante, à la fois pour les angles azimutaux et polaires. Le meilleur éclairage est l’éclairage continu
ou proche de continu dans la plage azimutale. Des intervalles plus grandes dans la plage azimutale
augmentent la probabilité que des rayures et des filandres ne soient pas visibles de manière continue
dans les images. La plage d’angles polaires est souvent maximisées, dans la limite des contraintes
pratiques de la configuration et de l’application d’un champ sombre. Pour la plupart des imperfections,
la plus grande partie de la lumière est diffractée à angle faible, ainsi l’intensité de la lumière dispersée
est la plus forte lorsque sa direction est proche de la direction de la réflexion spéculaire. Des angles
polaires plus grands ont tendance à augmenter l’éclairage de fond, toutefois, seule une infime fraction
de cette lumière est effectivement dispersée jusqu’à la caméra. En précisant les plages d’azimuts et les
plages angulaires couvertes par leur dispositif, les fabricants de systèmes de visionique utilisés pour
le contrôle des imperfections de surface peuvent aider l’utilisateur à déterminer la fonctionnalité du
système pour leur mise en œuvre spécifique.
NOTE Pour les éléments arrondis, l’angle polaire idéal pour l’éclairage varie sur la surface, puisqu’il dépend
de l’inclinaison de la surface.
6 Contrôle dimensionnel par visionique(IMV )
D
NOTE Pour le contrôle visuel des dimensions (IVD, ISD et IMD), voir l’ISO 14997-1.
6.1 Résolution dimensionnelle et considérations relatives à l’exactitude
Pour l’évaluation des classes de dimension des imperfections optiques de surface, la mission de contrôle
consiste à classer les imperfections en différentes classes conformément à la série de Renard R5 décrite
dans l’ISO 3, par exemple, 0,1; 0,063; 0,04; 0,025; 0,016; 0,01, etc. pour les rayures (longues), à l’endroit où
celles-ci ont été indiquées dans le dessin, la référence de classe correspondant à la largeur de la rayure.
Les imperfections générales (et de revêtement) telles que les creux sont classées par rapport à la racine
carrée de leur aire. La mission de contrôle consiste à distinguer les imperfections de classe 0,25A des
imperfections de classe 0,16A, là où A est la référence de classe spécifiée, à cause de l’accumulation et de
la concentration de règles pour les imperfections générales et de revêtement. L’ISO 10110-7:2017, 4.2.3,
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
déclare que les imperfections de «référence de classe 0,16A ou moins ne doivent pas être comptées»,
tandis que les imperfections plus étendues sont cumulées pour calculer l’aire utile d’imperfections. Les
rayures longues ne sont pas prises en compte si elles sont de classe 0,25A ou bien inférieure.
Le système de visionique pour le contrôle dimensionnel exploite une image haute résolution et des
algorithmes de traitement d’images pour déterminer la largeur et/ou l’aire des imperfections. Les
imperfections reçoivent ensuite une référence de classe de la série de Renard R5.
La résolution du système de visionique est influencée par
— la résolution optique des éléments optiques de grossissement,
— le pas de pixel du capteur de la caméra, et
— l’algorithme utilisé pour traiter les données d’image.
NOTE 1 La conception du système d’éclairage peut influencer la résolution, par exemple, lorsque l’ouverture
d’une source de lumière d’un fond clair est plus petite que l’ouverture de l’objectif d’imagerie.
L’ISO 10110-7:2017, 4.2.3 indique qu’« Un nombre plus important d’imperfections de surface (y compris
les imperfections de traitement) avec une référence de classe inférieure est autorisé si la somme de leurs
superficies ne dépasse pas la superficie totale maximale ». Il poursuit par «Lors de la détermination
du nombre d’imperfections de surface ou d’imperfections localisées admissibles dans des ensembles
optiques, celles ayant une référence de classe de 0,16A ou moins ne doivent pas être comptées». Par
conséquent, pour évaluer les exigences d’accumulation et de concentration de la surface, la résolution
du système doit être au moins 0,16A, A étant la référence de classe spécifiée.
NOTE 2 Il s’agit d’une attente beaucoup plus exigeante que de demander la détection des imperfections jusqu’à
la classe 0,16A. Les systèmes de visionique courants avec un bon rapport signal/bruit peuvent détecter des objets
isolés bien en deçà de leur résolution.
Le classement par visionique de chaque imperfection est sujet à la fois à des erreurs aléatoires
(statistiques) et systématiques. Les grandeurs-clés sont la fidélité du système (résultats proches de la
valeur réelle) et la précision (répétabilité et reproductibilité) dans la détermination de la classe exacte
d’une imperfection. Toutefois, l’impact de la fidélité et de la précision de la largeur/de l’aire des mesures
d’une imperfection sur sa classification dans une classe spécifique dépend de la proximité de la largeur/
de l’aire de ladite imperfection aux valeurs limites de la plage de tailles de la classe. Si la largeur ou la
racine carrée de l’aire est précisément égale à la référence de classe, la classification ne sera exacte que
dans 50 % des cas, en supposant une distribution gaussienne des résultats de mesurage.
En partant du principe que les résultats de mesurage du système de visionique suivent une distribution
gaussienne de probabilités pour une imperfection donnée, la probabilité que la classe exacte A soit
attribuée à l’imperfection peut être estimée par
pA≈−10,/80 ×−σ (),63A
où
σ est l’écart-type de la distribution gaussienne, par exemple la précision du système, et
()AA−06, 3 est la dimension de l’intervalle de la référence de classe A (voir l’Annexe A pour l’écart).
EXEMPLE La probabilité de classifier de manière incorrecte une imperfection dont la référence de classe
est A, à l’aide un système de visionique disposant d’une précision égale à 0,1A est d’environ 22 %.
6.2 Luminosité et sensibilité
L’ISO 14997-1 spécifié une luminosité d’éclairage correspondant à celle nécessaire au contrôle visuel.
Pour le classement par visionique, la limite de détection dépendra non seulement de la luminosité
d’éclairage, mais également des caractéristiques de la caméra (gain et seuil de bruit d’obscurité) et des
algorithmes de traitement d’images utilisés.
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ISO/TR 14997-2:2022(F)
Si l’éclairage est trop lumineux, la lumière dispersée par des imperfections plus importantes et/ou plus
dispersantes saturera le capteur d’images, si l’éclairage est trop faible, les imperfections plus petites
et/ou moins dispersantes ne se démarquent pas du bruit de fond. L’éclairage doit être suffisamment
lumineux pour que les plus petits défauts pertinents se démarquent du bruit de fond. Dans le cas où
les imperfections de plus grande taille ont tendance à saturer dans ces conditions, il est important de
procéder à un calibrage minutieux du système sur toute la plage de largeur et d’aire concernée afin
que les imperfections de grande taille très lumineuses ne soient pas agrandies par les algorithmes de
traitement.
6.3 Vérification des performances du système de contrôle dimensionnel
Pour vérifier qu’un système de visionique est capable de classer correctement les imperfections, il
est nécessaire de vérifier le système utilisant des étalons certifiés. Les contrôleurs visuels utilisent
généralement des plaques de référence en chrome sur verre avec des objets de différentes formes et
références de classe. Dans des conditions idéales de champ sombre, il n’est pas possible de distinguer
une surface réfléchissante d’une surface transparente. Étant donné que seuls les bords des étalons qui
sont en chrome sur verre seront visible dans le système, cela peut poser problème pour la vérification
du système.
Idéalement, un jeu d’étalons comprend l’intégralité des imperfections pertinentes. Ces étalons peuvent
être un ensemble d’éléments endommagés pour lesquels les classes d’imperfection ont été déterminées
à l’aide d’un microscope calibré ou de toute autre méthode appropriée. Il existe également des
techniques permettant la production artificielle d’étalons dispersant la lumière et qui sont visibles dans
des conditions de champ sombre, par exemple, une sonde ionique focalisée. Pour certaines applications,
la traçabilité de la référence des étalons par rapport aux étalons de taille connus est importante.
Pour vérifier le bon fonctionnement du système de visionique, la répétabilité, la reproductibilité et la
fidélité peuvent être évaluées.
7 Contrôle visuel par visionique(IMVV)
NOTE Pour le contrôle visuel (IV et IS ), voir l’ISO 14997-1.
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7.1 Limite d’évaluation de visibilité
Pour l’évaluation de la classe de visibilité des imperfections optiques de surface, le contrôle doit
distinguer la visibilité ou la luminosité des imperfections dans des conditions particulières d’éclairage.
Un système de visionique utilisé pour le classement des imperfections ou pour le contrôle par visionique
doit être au moins capable de détecter les imperfections visibles par un observateur humain dans les
conditions d’éclairage décrites dans l’ISO 14997-1. L’algorithme d’évaluation par ordinateur peut alors
ignorer les imperfections qui ne seraient normalement pas visibles par un observateur humain, et
déterminer la visibilité relative d’une imperfection sur une surface optique.
7.1.1 Considérations relatives à la résolution du système
De manière générale, l’algorithme de visionique associé au système distingue la visibilité des
imperfections en comparant la luminosité ou visibilité d'une imperfection à une bibliothèque intégrée
de luminosités ou visibilités servant d’«étalon de comparaison», ou une série d’étalons d’imperfections
de diverses classes. Le système optique et la caméra doivent pouvoir détecter la moitié de la visibilité de
la rayure ou du creux de l’imperfection à évaluer. Lors du classement par visionique, il est préférable que
le système et l’algorithme puissent déterminer la luminosité ou la visibilité d’une imperfection au moins
deux fois moins visible par rapport à la classe la plus basse du jeu utilisé pour comparaison. La plupart
des jeux présentent des rayures de classe 80, 60, 40, 20 et 10 et des creux de classe 50, 40, 20, 10 et 5.
De manière générale, ces classes de creux correspondent au diamètre apparent des étalons exprimé en
dixièmes de micromètres. Par conséquent, le système et son algorithme doivent pouvoir détecter des
rayures deux fois moins lumineuses qu’une rayure de classe #10 ou la moitié du diamètre des creux
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