Brevet FR2621999A1 — publié le 19890421

Procédé de détermination des coordonnées des points du contour d'un objet dans l'espace La présente invention concerne le domaine de la métrologie dimensionnelle, en particulier de la détection des variations des contours d'un volume, et a pour objet un procédé de détermination des coordonnées des points du contour d'un objet dans l'espace. L'exigence de qualité des productions industrielles dans le contexte d'une concurrence de plus en plus sévère dans un marché de plus en plus vaste impose, notamment, le recours à une métrologie dimensionnelle de faible prix de revient. A cet effet, il importe de mettre au point un procédé de contrôle non destructif permettant une vérification en continu de la conformité géométrique d'objets, afin, par exemple, d'en réduire les rébuts ou d'en réaliser une image en vue d'un traitement ultérieur quelconque. On connaît actuellement des procédés de métrologie par voie optique, permettant de déterminer les coordonnées x,y et z de points définissant un objet. La détermination, par métrologie dimensionnelle, des coordonnées x, y et z dans l'espace à trois dimensions de chaque point de la surface d'un objet peut être réalisée de différentes manières, à savoir par topométrie, par photogrammétrie, ou encore par moiré topographique. Dans la topométrie, le point de l'objet dont les coordonnées x, y, z sont déterminées est vu sous deux angles distincts au moyen de deux théodolites en rotation sous deux angles distincts. Ainsi, en connaissant la position des deux instruments de visée, et donc la distance les séparant, il est possible de connaître les coordonnées x, y, z par triangulation. Dans la photogrammétrie, l'objet à mesurer est photographié sous deux angles distincts, et sur chaque cliché obtenu sont mesurées les coordonnées x et y de l'image d'un point de l'objet. Les coordonnées x, y, z d'un point de la surface de l'objet sont déterminées ensuite par restitution à partir des deux angles de visée. Dans le cas d'un moiré topographique, des franges de moiré correspondant à des courbes de niveaux sont obtenues en plaçant une source lumineuse ponctuelle et un récepteur d'images dans des conditions particulières bien précises. L'image ainsi obtenue fait apparaître des franges qui sont alternativement claires et sombres et qui correspondent à des intersections virtuelles de plans parallèles entre eux avec l'objet. Les clichés obtenus sont alors exploités au moyen d'abaques ou par un traitement informatique. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des procédés connus. Elle a, en effet, pour objet un procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser au moins trois relevés successifs de la position d'au moins un point sur un objet à mesurer avec déplacement d'un dispositif de prise de vue effectuant les relevés, dans un plan ou dans l'espace, entre chaque relevé, et à traiter l'image obtenue à chaque relevé, de manière à déterminer à chaque fois tout ou partie des coordonnées du ou des points à partir desquels sont définies des droites virtuelles reliant les coordonnées du ou des points au centre optique du dispositif de prise de vue, dont les intersections déterminent un volume renfermant au moins trois coordonnées du ou des points à mesurer dans un système orthonormé, le traitement des données étant effectué au moyen d'un ensemble informatique et la commande du dispositif de prise de vue étant réalisée manuellement, automatiquement ou par l'intermédiaire d'un ordinateur. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique représentant les relevés d'un point suivant un premier mode de réalisation la figure 2 est une vue en plan et en coupe représentant un autre mode de réalisation de relevés la figure 3 représente le dessin d'une image en franges de moiré comportant trois points T1, T2, T3, dont les coordonnées sont déterminées par topométrie, et un point S à mesurer, et la figure 4 représente deux courbes d'une surface à mesurer reliées entre elles par un point de discontinuité. Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés, le procédé de détermination des coordonnées des points du contour d'un objet dans l'espace consiste essentiellement à réaliser au moins trois relevés successifs de la position d'au moins un point S sur un objet à mesurer 1 avec déplacement d'un dispositif de prise de vue 2 effectuant les relevés, dans un plan P1, P2, P3 ou dans l'espace, entre chaque relevé. L'image obtenue est traitée à chaque relevé afin de déterminer à chaque fois tout ou partie des coordonnées du ou des points S à partir desquels sont définies des droites virtuelles reliant les coordonnées du ou des points S au centre optique Al, A2, A3 du dispositif de prise de vue 2.Les intersections S1, S2, S3 des droites virtuelles issues du centre optique Al, A2, A3 et perpendiculaires au plan correspondant Pi, P2, P3, déterminent un volume V renfermant au moins trois coordonnées du ou des points S à mesurer dans un système orthonormé X, Y, Z. Le traitement des données ainsi obtenues est effectué au moyen d'un ensemble informatique 3 relié de manière connue au dispositif 2 et à un moyen de déplacement de ce dernier dans un plan ou dans l'espace. Le moyen de déplacement du dispositif 2 peut être d'un type quelconque connu, par exemple un bras manipulateur, ou autre, et ne sera pas décrit plus en détail. Les intersections S1, S2, S3 des droites virtuelles issues du centre optique Al, A2, A3 du dispositif de prise de vue 2 dans ses différentes positions de relevés consistent en la détermination, par le calcul, du milieu de la plus courte distance séparant à chaque fois deux droites dans l'espace. Les formules mathématiques utilisées pour une telle détermination sont connues et ne sont pas décrites plus en détail. L'originalité de l'invention réside dans le fait que les coordonnées X, Y, Z de chaque point de la surface à mesurer sont déterminées à partir d'au moins trois relevés et non à partir de l'intersection de seulement deux visées distinctes, le nombre de relevés pouvant atteindre ou dépasser dix, pour chaque point.Chaque relevé est une mesure des visées des points S à partir du centre optique du dispositif de prise de vue par rapport à un plan de référence P1, P2 ou P3. On obtient de cette manière un ensemble de points de relevés S1, S2, S3 qui s'inscrivent dans un petit volume V et la moyenne pondérée des différentes coordonnées Xi, Yi et Z. des différents points de relevés S1, S2, S3 permet de déterminer les coordonnées X, Y, Z de chacun des points S de la surface de l'objet à mesurer 1. Conformément à une caractéristique de l'invention, le relevé de position d'un point est réalisé par intersection de deux directions de visée distinctes d'un même point de la surface de l'objet 1 au moyen du dispositif de prise de vue 2 coopérant avec l'ensemble informatique 3. I1 est également possible de réaliser le relevé d'un point, conformément à une autre caractéristique de l'invention, et comme le montre la figure 2, pour une surface à mesurer 1, par la mesure des coordonnées X, Y et Z, dans lequel la détermination de la coordonnée Z est réalisée à l'aide de la mesure de franges de moiré 4 au moyen de traitements d'images de trois images de moi ré li, I2 et I3 obtenues à partir des centres op 3 tiques 01, 2 et O3 d'un dispositif de prise de vue 5, placé successivement en trois points de relevés R1, R2 et R3, relié à un ensemble informatique 6 et déplaçable dans un plan ou dans l'espace ensemble avec un réseau et un dispositif d'éclairage ou avec des déplacements différentiés du réseau et/ou du dispositif d'éclairage. Pour une bonne précision, la détermination de Z des points d'une même frange claire ou sombre est obtenue par interpolation ou extrapolation par rapport à des points de référence T1, T2 et T3 visibles sur l'image, dont les coordonnées ont été mesurées par topométrie à l'aide de deux théodolites. Tous les points de l'image appartenant à une même frange sont dans un plan perpendiculaire à l'un des axes oz d'un trièdre orthonormé (figure 3). Par traitement d'images, la position des points mesurés est déterminée dans le plan de l'image. Les coordonnées des points de l'image d'une même frange, situés entre deux points mesurés par topométrie et servant de référence, sont déterminées par interpolation. Les coordonnées des points d'une même frange, situés entre le bord de l'image et l'un des points mesurés, sont déterminées par extrapolation. La détermination des coordonnées X, Y, Z est obtenue par calcul au moyen d'un ensemble informatique 3 ou 6, relié, de manière connue, au dispositif de prise de vue 2 ou 5, en considérant que les différents points de la surface de l'objet définissent une fonction mathématique continue sur tout un intervalle ou sur un intervalle à gauche 7 et à droite 8 d'un point de discontinuité 9 (figure 4). La mesure des différents points d'un objet est facilitée par la présence sur l'image de l'objet de points apparaissant plus sombres sur un fond plus clair, cette image étant obtenue, soit par une projection lumi neuse, soit par un dessin sur l'objet, soit par une enveloppe sur laquelle sont dessinés des points. La détermination de la forme de l'objet est réalisée à l'aide de figures géométriques simples, telles que des triangles, des carrés, des rectangles ou des losanges, ces figures définissant chacune un plan et apparaissant sur l'image de l'objet, le traitement d'images permettant de déterminer toutes les liaisons entre les différents points et figures géométriques de l'objet. L'invention est plus particulièrement applicable dans le domaine de la métrologie dimensionnelle pour le contrôle de pièces, dans le domaine de la copie d'objets au moyen de machines ou robots asservis, ainsi que dans le domaine de l'animation d'images de synthèse. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination des coordonnées des points du contour d'un objet dans l'espace, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser au moins trois relevés successifs de la position d'au moins un point (S) sur un objet à mesurer (1) avec déplacement d'un dispositif de prise de vue (2) effectuant les relevés, dans un plan (P1, P2, P3) ou dans l'espace, entre chaque relevé, et à traiter l'image obtenue à chaque relevé de manière à déterminer à chaque fois tout ou partie des coordonnées du-ou des points (S) à partir desquels sont définies des droites virtuelles reliant les coordonnées du ou des points (S) au centre optique (Al, A2, A3) du dispositif de prise de vue (2), dont les intersections (S1, S2, S3) déterminent un volume (V) renfermant au moins trois coordonnées du ou des points (S) à mesurer dans un système orthonormé X, Y, Z, le traitement des données étant effectué au moyen d'un ensemble informatique et la commande du dispositif de prise de vue (2) étant réalisée manuellement, automatiquement, ou par l'intermédiaire d'un ordinateur. 2. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les coordonnées (X, Y, Z) de chaque point (S) de la surface à mesurer à partir d'au moins trois relevés et non à partir de l'intersection de seulement deux visées distinctes, le nombre de relevés pouvant atteindre ou dépasser dix, pour chaque point (S). 3. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les coordonnées (X, Y, Z) de chacun des points (S) de la surface de l'objet à mesurer (1) par réalisation de la moyenne pondérée des différentes co ordonnées (Xi,Yi et Zi) des différents points de relevés (S1, S2, S3). 4. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les intersections (S1, S2, S3) des droites virtuelles issues du centre optique (Al, A2, A3) du dispositif de prise de vue (2) dans ses différentes positions de relevés consistent en la détermination, par le calcul, du milieu de la plus courte distance séparant à chaque fois deux droites dans l'espace. 5. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le relevé de position d'un point est réalisé par intersection de deux directions de visée distinctes d'un même point de la surface de l'objet (1) au moyen du dispositif de prise de vue (2) coopérant avec l'ensemble informatique (3). 6. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le relevé d'un point pour une surface à mesurer (1) est réalisé par la mesure des coordonnées X, Y et Z, dans lequel la détermination de la coordonnée Z est effectuée à l'aide de la mesure de franges de moiré (4), au moyen de traitements d'images de trois images de moiré (I1, 12 et I3) obtenues à partir des centres 3 optiques (O1, 02 et 03) d'un dispositif de prise de vue (5), placé successivement en trois points de relevés (R1, R2 et R3), relié à un ensemble informatique (6) et déplaçable dans un plan ou dans l'espace ensemble avec un réseau et un dispositif d'éclairage ou avec des déplacements différenciés du réseau et/ou du dispositif d'éclairage. 7. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 4 à 6, caractérisé en ce que la détermination des coordonnées X, Y, Z est obtenue par calcul au moyen d'un ensemble informatique (3, 6), relié, de manière connue, au dispositif de prise de vue (2, 5) et commandant, en outre, le déplacement de ce dernier, en considérant que les différents points de la surface de l'objet définissent une fonction mathématique continue sur tout un intervalle ou sur un intervalle à gauche (7) et à droite (8) d'un point de discontinuité (9). 8. Procédé, suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la coordonnée Z des points d'une même frange claire ou sombre par interpolation ou extrapolation par rapport à des points de référence (T1, T2, T3) visibles sur l'image, dont les coordonnées ont été mesurées par topométrie à l'aide de deux théodolites. 9. Procédé, suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer dans le plan de l'image la position des points mesurés par traitement d'images, soit par interpolation, lorsque les points de l'image d'une même frange sont situés entre deux points mesurés par topométrie et servant de référence, soit par extrapolation, lorsque les points d'une même frange sont situés entre le bord de l'image et l'un des points mesu rés.