In this study, a calibration setup for laser beam positioning systems used in visual inspection applications in industry is designed and manufactured. The laser positioning systems generate movable parallel laser lines on the projection surface. There are several translational and angular error sources affecting the positioning accuracy of the laser lines on the projection surface. Especially, since the laser line positioning error caused by angular error sources increases with the distance between the laser system and the projection surface, angular parameters of the laser sources should be measured and adjusted precisely. The calibration setup developed in this study detects the laser line positions at two different projection distances by means of laser sensing cameras which are positioned precisely along the laser lines and laser positioning axis which is perpendicular to these lines. Cameras detect the positions of the laser lines which are directed to the camera sensors with micrometer repeatability by means of some special imaging algorithms. The precise positioning of the cameras requires a special camera positioning system. For this reason, the disturbances like temperature changes and vibration should be minimized. In order to provide a suitable environment for the calibration system, special tests are conducted and a special calibration room is constituted. Construction inside the room is also made by considering the required ambient parameters. Finally, several verification tests of the calibration system are conducted.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une convention industrielle de formation par la recherche (CIFRE) entre le laboratoire Hubert Curien et l’entreprise Pattyn Bakery Division. L’objectif de ces travaux est le développement d’un système de détection de trait laser sur FPGA (Field Programmable Gate Array) qui soit plus performant que système actuel de l’entreprise. Dans l’industrie, les concepteurs de systèmes de vision doivent pouvoir créer et modifier facilement leurs systèmes afin de pouvoir les adapter aux besoins de leurs clients et aux évolutions technologiques. Ainsi les opérateurs développés doivent être génériques afin de permettre aux concepteurs de modifier le système de vision sans nécessairement avoir de compétences matérielles. Les concepteurs doivent également pouvoir être en mesure d’estimer quelles seront les ressources utilisées par l’opérateur en cas modifications du système : paramètres de l’application, capteur, famille de FPGA... Dans ce manuscrit, les principaux algorithmes de détection de trait laser ainsi que leurs propriétés ont été étudiés. Un opérateur de détection de trait laser a été choisi et développé. L’implantation de cet opérateur sur une caméra-FPGA du marché a permis d’obtenir un premier prototype fonctionnel. Les performances temporelles de ce nouveau système sont quatre fois supérieures à celles du système actuellement utilisé par l’entreprise. Le nouveau système est capable de traiter jusqu’à 2500 images par seconde. Enfin, les modèles de la consommation des ressources permettent de dimensionner une architecture à partir d’un ensemble de paramètres prédéfinis de manière rapide et sans faire de synthèses. Le paramètre auquel les concepteurs doivent prêter le plus d’attention est le niveau de parallélisme des données. Ce paramètre permet d’exploiter les capacités de parallélisme du FPGA en consommant plus de ressources. Cependant, les ressources du FPGA sont limitées et augmenter le niveau de parallélisme peut induire la nécessité de changer de FPGA. Le système et les données fournies permettront à l’entreprise d’adapter le système de vision selon les besoins futurs des clients en les guidant vers le choix du matériel / This thesis is part of an industrial research training agreement (CIFRE) between the Hubert Curien laboratory and the company Pattyn Bakery Division. The goal of this work is the development of an FPGA laser line detection system that is more efficient than the current system of the company. In the industry, vision system designers need to be able to easily create and modify their systems in order to adapt them to their customers’ needs and technological developments. Thus developed operators must be generic to allow designers to change the vision system without necessarily having material skills. Designers must also be able to estimate what resources will be used by the operator in case of system changes : application parameters, sensor, family of FPGAs ... In this manuscript, the main laser line detection algorithms and their properties have been studied. A laser line detection operator was chosen and developed. The implementation of this operator on an FPGA-camera from market has resulted in a first functional prototype. The time performance of this new system is four times that of the system currently used by the company. The new system is able to process up to 2500 frames per second. Finally, resource consumption models makes it possible to size an architecture from a set of predefined parameters quickly and without synthesizing. The parameter to which designers must pay the most attention is the level of parallelism of the data. This parameter makes it possible to exploit the parallelism capabilities of the FPGA by consuming more resources. However, the resources of the FPGA are limited and increasing the level of parallelism can induce the need to change the family of FPGAs. The system and the data provided will enable the company to adapt the vision system to the future needs of customers by guiding the choice of equipment.