Brevet FR2315683A1 — publié le 19770121

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jean CHABROL, est relative à une méthode pour la reconnaissance de formes à partir de pièces tridimensionnelles en vrac et à un appareil en faisant application. Le problème est le suivant : il s'agit de faire alimenter une chaine de montage en pièces tridimensionnelles par un robot qui prélève ces pièces l'une après l'autre dans un conteneur dans lequel elles se présentent en vrac et enchevetrées. Après avoir saisi une pièce tridimensionnelle, le robot la pose à titre transitoire sur une aire de transfert, d'où il la reprend ensuite pour la présenter avec une orientation compatible à son montage au premier poste de travail. Avant dtexpliquer comment on résout ce problème, on définit ce que lton entend par "zone caractéristique" d'une pièce. On entend par là toute zone de la surface alune pièce tridimensionnelle dont la détermination précise de ses coordonnées et de son orientation dans l'espace permet de définir la position et 11 orientation de la pièce entière donc aussi la position et l'orientation du terminal de préhension en vue de sa saisie. Une zone caractéristique peut entre - soit la partie sur laquelle s'applique perpendiculairement le terminal de préhension. Gtest le cas d'une zone plane en vue de la préhension à l'aide d'un suceur à vide ou d'un électro-aimant. - soit une portion de surface gauche par rapport à laquelle sont complètement définies la position et l'orientation du terminal de préhension du type à doigts articulés. On peut-imaginer un procédé tactile pour résoudre le problême posé au moyen d'un robot équipé dune main munie de doigts à capteurspouvant-reconnaitre une zone caractéristique à l'angle formé par trois de ses doigts ; d'intormations de forme recueillies par les extrémités de ses doigts, déduire le centre de gravité et 1' orientation dans l'espace de la pièce et tenter ensuite, à partir de ces informations, d'arracher la pièce. Les inconvénients d'un tel procédé sont sa lenteur et la ne- cessité~de mise en oeuvre de moyens informatiques relativement puissants. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Ltinvention concerne une méthode pour la reconnaissance de formes d'une pièce tridimensionnelle à partir d'une multiplicité de pièces tridimensionnelles se présentant en vrac caractérisée en ce que : l'on définit a priori au moins une stratégie de préhension, l'on définit au moins une sone caractéristique sur les pièces considérées permettant cette stratégie ; l'on prépare un filtre hologramme multiple contenant les hologrammes correspondant à chaque zone caractéristique illuminée par un faisceau de lumière cohérente, à section particulière et observée sous différentes orientations l'on effectue un-balayage systématique de la multiplicité de pièces tridimensionnelles se présentant en vrac à l'aide d'un ensemble de filtrage spatial comportant ledit filtre hologramme multiple ; l'on détermine un maximum de signal de corrélation à l'aide de l'ensembLe de filtrage spatial et la reconnaissance de ce maximum-déclenche la commande de l'automatisme de préhension. Suivant une caractéristique de réalisation, le maximum du signal de corrdlation, observé dans le plan focal arrière de la deuxième lentille de l'ensemble de filtrage spatial, détermine l'orientation dans ltespace de la zone dont la position, par rapport à l'appareil, est située sur son axe optique à une distance fonction de la focale de la première lentille Suivant la nature géométrique plane ou gauche de la zone illu- minée par le faisceau de lumière cohérente et l'angle entre l'axe du faisceau de lumière cohérente, et la normale au centre de cette zone, ltnobJetn lumineux "vu" par l'ensemble de filtrage spatial est spécifique de cet angle avec lequel il varie de façon sensible c'est ce qui va en permettre la reconnaissance, Suivant la méthode de l'irlxention, l'tape qui consiste à effectuer un balayage systématique de la multiplicité de pie ces tridimensionnelles se présentant en vrac à l'aide d'un ensemble de filtrage spatial comportant ledit filtre hologramme multiple ; à déterminer un maximum du signal de corrélation à l'aide de ltenseSSe de filtrage spatial et à déclencher la commande de l'automatisme de préhension est caractérisée en ce qu'elle consiste à déplacer lten- semble de filtrage spatial de façon que son axe optique tombe au centre d'une zone caractérstique d'une des pièces et que la distance D séparant la première lentille de l'ensemble de filtrage spatial du centre de la zone caractéristique soit égale à la distance focale F de cette lentille ou y soit liée d'une façon connue. Suivant une autre caractéristique de 11invention, l'opération de centrage est réalisée en superposant au faisceau laser de lecture un faisceau de réglage, enlumière non cohérente, de longueur d'onde nettement différente de celle du laser et d'une section telle qu'elle permette d'encadrer l'image fournie par le faisceau laser, et recueillie par un capteur, par exemple du type caméra de télévision, et traité de façon à assurer la commande des asservissements de position permettant l'opération de filtrage spatial. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n1 est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet, on se reportera aux dessins joints dans lesquels - la figure 1 représente un ensemble de filtrage spatial, - la figure 2 illustre l'utilisation d'un ensemble de filtrage spatial (E.F.S.) pour la reconnaissance d'une zone caractéristique, de l'orientation de la pièce correspondante et la commande de l'automatisme de préhension. On part d'une accumulation de pièces tridimensionnelles en vrac, toutes identiques ou non. On définit tout d'abord une stratégie de préhension : suceur à vide, électro-aimant ou préhension par terminal à doigts articulés. La stratégie de préhension définie, on repère, sur une pièce tridimensionnelle destinée à être soumise à cette préhension, une ou plusieurs zones caractéristiques par rapport à laquelle (auxquelles) la position et l'orientation du terminal de préhension peuvent être complètement définies. Suivant la stratégie de préhension choisie, la zone caractéristique est plane ou gauche. Pour chaque zone caractéristique ainsi repérée, on réalise un filtre hologramme multiple sir lequel sont enregistrés les hologrammes correspondant à l'illumination de la zone caractéristique effectuée à partir d'une source laser de section particulière sous des incidences diverses. Suivant la nature géométrique plane ou gauche de la zone illuminée par le faisceau laser sur la pièce tri dimensionnelle et l'angle entre l'axe du faisceau laser, et la nor male au centre de cette zone, l'hologramme relevé est spécifique de cet angle avec lequel il varie de façon sensible : c'est ce qui in versement permettra la reconnaissance. Ne sont enregistrés sur le filtre hologramme 1 de la figure 7 que les hologrammes correspondant aux projections de la source laser sur les seules zones dont la détermination est caractéristique d'une procédure de préhension, à l'exclusion du reste de la surface de la pièce tridimensionnelle. Le filtre hologramme 1 comporte un nombre d'hologrammes composants suffisant pour qu'il ne soit pas nécessaire de faire tourner 11 ensemble de filtrage autour de son axe, sinon on fait tourner le filtre hologramme autour de son axe à l'aide d'un dispositif approprié. La section du faisceau lumineux effectuant le codage optique des zones caractéristiques, par exemple 11 intersection diane croix et d'un cercle dont il manque un secteur ayant un centre commun, peut être optimalisée de façon à se prêter à un filtrage aisé et de bonne résolution, hologramme passe-bande, en facilitant par des non-symétries la reconnaissance de l'orientation. Ce filtre hologramme multiple 1 étant réalisé, on constitue un ensemble de filtrage spatial (E.F.S.) tel que représenté à la figure i. Suivant cette représentation, le filtre hologramme 1 constitué comme décrit préeédensment est disposé entre deux lentilles 2 et 3 en un plan qui soit simultanément le plan focal irlage dc 1 lentille 3 et le plan focal objet de la lentille 2. La scène 4 est éclairée en lumière cohérente à partir d'une source laser 7 et une partie du faisceau lumineux est réfléchie par un miroir semi-transparent 8 parallèlement à l'axe optique COS33ur. aux lentilles 2 et 3. Un dispositif d'analyse automatique 6 permet la détection dtun maximum d'intensité lumineuse des réponses de correlation apparaissant dans le plan focal arrière de la lentille 2. Chacune de ces réponses définit l'orientation dans l'espace de la zone caractéristique qui a été reconnue csr chaque masiml=L de luminosité correspond à un maximum du signal de corrélation entre une partie de la scène 4 illuminée par le faisceau de lumière cohérente et lthologramme mis en mémoire sur la partie correspondante du filtre hologramme multiple 1. On passe à présent à la figure 2 qui permet de comprendre comment on utilise un ensemble de filtre spatial (E.F.S.) préparé comme indiqué à l'aide de la figure 1 pour la reconnaissanee d'une sone caractéristique, de l'orientation de la pièce correspondante et la commande de l'automatisme de préhension par analyse de la corrélation par filtrage spatial. Suint la représentation de la figure 2, une pièce tridimensionnelle 10, supposée se trouver à la surface d'un ensemble de pièces tridimensionnelles en vrac, est éclairée p.r un ensemble de faisceaux lumineux 12 constitué comme suit : la pièce 10 est éclairée, d'une part, en lumière cohérente à partir d'une source laser 14, dtautre part, en lumière non cohérente à partir d'une source de centrage 16.Le faisceau lumineux, issu de la source de centrage 16, se réfléchit sur un premier miroir dichrolque 18 placé à 450 sur le faisceau de lumière cohérente, issu de la source laser 14, si bien que le faisceau de lumière re non cohérente réfléchi par le miroir 18 et le faisceau de lumitre cohérente transmis par le miroir 18 se propagent en parallèle. L'ensemble 14 - 16 - 18 émettant le faisceau 12 de lumière simultané ment cohérente et non cohérente est solidaire d'un ensemble mécanique 20 représenté schématiquement et qui est susceptible de pivoter autour d'un point I. L'ensemble de faisceaux lumineux parallèles 12 rencontre en 22 la pièce 10 et donne naissance à un ensemble de faisceaux lumineux 24 comportant de la lumière cohérente et de la lumière non cohérente. La partie non cohérente de cet ensemble de faisceaux lumineux 24 se réfléchit successivement sur un second miroir dichrorque 26 identique au premier et disposé à 45e sur le faisceau 24, puis sur un miroir ordinaire 30 disposé parallèlement au précédent si bien que la partie de lumière non cohérente contenue dans le faisceau 24 est recueillie par une caméra de télévision 32.La lumière cohérente contenue dans le faisceau 24, au moins en partie, traverse le second miroir dichroïque 26 et parvient à un ensemble de filtrage spatial (E.F.S.) 28 constitué comme il a été expliqué à l'aide de la figure 1. L'analyse du faisceau réfléchi de lumière non cohérente s'effectue à l'aide de la caméra 32 tandis que l'analyse du faisceau réfléchi de lumière cohérente s'effectue à l'aide de l'E.F.S. 28.L'analyse de la corrélation par l'E.F.S. 28 n'est significative que si, simultanément : le centre de la zone caractéristique de la pièce tridimensionnelle 10 se trouve sur l'axe optique de l'E.F.S. 28 ; la distance D entre la première lentille de l'E.F.S. 28, rencontrée par le faisceau lumineux 24 et le centre de la zone caractéristique de la pièce tridimensionnelle 10, est égale à la distance focale F de cette lentille ou s'en déduit d'une façon continue. Si ces deux conditions sont satisfaites, les coordonnées de toute zone caractéristique reconnue sont entièrement définies à partir de celles de l'E.F.S. Elles s'expriment par la double relation D = d . tg dans laquelle d est la distance séparant le point I du centre de la lentille L1 de l'E.F.S. 28 et est l'angle de cette droite avec le faisceau incident 12. Le réglage "centrage" est obtenu à l'aide de la superposition au moyen du miroir dichroïque 18 du faisceau de lumière non cohérente au faisceau laser. Comme faisceau de lumière non coBé- rente, on choisit une source lumineuse de longueur d'onde nettement différente de celle de la source laser mais ayant une section dont la forme rappelle celle des montants verticaux d'un cadre. Grace au second miroir dichroïque 26 identique au premier 18 et situé en amont de la première lentille L1 de 1'E.F.S. 28, ce faisceau de réglage en lumière non cohérente est dévié vers la caméra de télévision 32.L'analyse du signal video qui en est issu fournit de manière permanente l'écart entre la droite enuidistante des montants j" lumière verticaux du cadre constituant la section du faisceau7non cohérente et l'axe optique commun à la caméra 32 et à l'E.F.S. 28. Dans la pratique, le processus suivant l1invention s'ef- fectue comme suit : un premier asservissement, commandé par le signal d'erreur provenant de l'analyse par la caméra de télévision 32, assure le réglage centrage par action sur l'angle &alpha;, c'est-à-dire en faisant pivoter l'ensemble mécanique 20 portant les sources lumineuses 14 et 16 autour du point I. Il en résulte une valeur angulaire.Le fonctionnement en asservissement de centrage étant bloqué, deux déplacements ont lieu simultanément - un déplacement angulaire #&alpha; = &alpha; - &alpha;0 de la source laser 14, - un déplacement longitudinal :#D =D - D0 = d (tg&alpha; - tg&alpha;0) de l'E.F.S. 28, avec D = F ou f (F), o et l'analyse de corrélations et opérée quand chacun de ces déplace- ments est terminé. Les deux déplacements angulaire et longitudinal sont indépendants. Si les mouvements sont exécutés à l'aide de moteurs pas-à-pas auxquels correspondent des déplacements incrémentaux et &gamma; D, il est possible de mettre au point une table double qui donne pour toute valeur de &alpha; les nombres d' incréments de déplacement pour chacun des moteurs : Comme D = d. tg&alpha;, il vient : dD = d (1 + tg&alpha; ) d&alpha; = d +D d&alpha; ; pour de faibles variations, on peut assimi- d 1er d D et # D ainsi que d&alpha; et #&alpha;; on constate alors qu'il y a un rapport constant entre # D et #D égal à: autour de la valeur D = d . tg . De ce fait deux moteurs peuvent être commandés par le même nombre de pas Ces réglages une fois réalisés, l'E.F.S. 28 exécute automatiquement l'analyse de corrélation. La reconnaissance d'un maximum de corrélation déclenche automatiquement la commande de l'automatisme de préhension. Bien entendu, l'invention n2est nullement limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. En particulier le filtre hologramme multiple peut être réalisé sous forme d'un film dont chaque "vue" défile devant l'ap pareil analyseur qui note le degré de corrélation pour chacune d' entre elles ; la vue présentant le maximum de corrélation définit l'orientation recherchée de la zone caractéristiqtle. La section du faisceau de lumière parallèle émise peut être une section non symétrique telle qu'une légère variation géométrique de la forme observée par rapport à celle référencée sur le filtre hologramme entraine une diminution marquée du signal de cor rélatîdn. L'invention concerne tout montage optique de filtrage spatial permettant d'effectuer la corrélation entre une "vue référence dont la répartition des fréquences spatiales est enregistrée sur un filtre hologramme et une vue à reconnaitre, que ce montage optique soit du type décrit ci-dessus ou de tout autre type nécessitant ou non l'emploi de lumière cohérente. - REVENDICATIONS 1 ) méthode pour 10 reconnaissance de formes d'une pièce tridimensionnelle à partir d'une multiplicité de pièces tridimensionnelles se présentant en vrac, caractérisée en ce que : l'on définit à priori une stratégie de préhension ; l'on définit au moins une wonP Ca- ractéristique sur les pièces considérées permettant cette stratégie; l'on prépare un filtre hologramme multiple contenant les hologranmes correspondant à chaque zone caractéristique illuminée en lu t. re cohérente sous différentes orientations par un faisceau de section particulière ; l'on effectue un balayage systomatique de la multiplicité de pièces tridimensionnelles se pressentant en vrac à l'aide d'un ensemble de filtrage spatial comportant ledit filtre hologramme multiple ; l'on détermine un maximum du signal de corrélation à l'aide de l'ensemble de filtrage spatial et de ce maximum la recon- naissance déclenche la commande de l'automatisme de préhension. 20) Méthode suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la source de lumière est une source laser émettant un faisceau de lu mière parallèle ayant une section non symétrique telle qu'une légère variation géométrique de la forme observée par rapport à celle référencée sur le filtre hologramme entraine une diminution marquée du signal de corrélation. 30) Méthode suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le filtre hologramme multiple comporte un nombre de "vues" suffisant, de l'ordre de quelques dizaines, pour qu'il ne soit pas necessaire de faire tourner l'ensemble de filtrage spatial autour de son axe optique. 40) Méthode pour la reconnaissance de formes suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le fait de déterminer un maximum de signal de corrélation à l'aide de l'ensemble de filtrage spatial consiste a déplacer l'ensemble de filtrage spatial de façon que : son axe optique tombe au centre d'une zone earacteristioue d1une des pièces et que la distance D séparant la pre-ière lentille de l'en- semble de filtrage spatial du centre de la 7one caractéristique soit ega3e à la distance focale F de cette lentille ou liee a cette distance focale de façon fixe. 50) Méthode suivant la revendication 4 caractérisée en ce que l'opé- ration de centrage est réalisée en superposant au faisceau laser de lecture un faisceau de centrage, en lumière non cohérente, de longueur d'onde nettement différente de celle du laser et d'une section telle qu'elle permette d'encadrer l'image fournie par le faisceau laser en recueillant par un capteur, par exemple du type caméra de télévision, la vue constituée par l'intersection de la pièce tridimensionnelle et du faisceau de centrage en lumière non cohérente et en traitant le signal correspondant de façon à assurer la commande des asservissements de position permettant l'opération de filtrage spatial. 6.) Méthode suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la section du faisceau de lumière parallèle émise est constituée par l'intersection dVune croix et d'un cercle dont il manque un secteur, cette croix et ce cercle ayant un centre commun. 7e) Appareil de reconnaissance de formes d'une pièce tridimensionnelle à partir d'une Dultiplicité de pièces tridimensionndles se présentant en vrac pour la mise en oeuvre de la méthode suivant I' une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend t un ensemble mécanique (20) capable de pivoter autour d'un point (I) et supportant une source de lumière cohérente (14) et une source de lumière non cohérente (16) de longueurs d'onde nettement différentes disposées sur cet ensemble mécanique (20) de façon à pouvoir balayer au moins une pièce tridimensionnelle (io) de la multiplicité au moyen d'un faisceau complexe (12) de rayons lumineux parallèles ; un ensemble de filtrage spatial (28) et un capteur, par exemple du type caméra de télévision (32) mobiles sur le faisceau (24). 8.) Appareil suivant la revendication 7 caractérisée en ce que le mélange de lumière cohérente et de lumière non cohérente à l'émission s'effectue à l'aide d'un premier miroir dichroique (18) disposé à 45. sur le faisceau de lumière cohérente et en ce que la séparation entre lumière cohérente et lumière non cohérente à l'intérieur du faisceau réfléchi (24) s'effectue à l'aide dVun second miroir di chrorque (26) disposé à 450 sur le faisceau (24). 90) Appareil suivant la revendication 7 caractérisée en ce que l'en- semble de filtrage spatial (28) est monté de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement le long du faisceau (24).