Brevet FR2747895A1 — publié le 19971031

PROCEDE DE FABRICATION DE CASQUE PERSONNALISE La présente invention s'applique à la fabrication de tout casque devant être positionné avec précision sur la tête de son porteur. Les casques avec viseur sont essentiellement utilisés par les forces militaires pour les fantassins ou les pilotes d'avions et d'hélicoptères. Ces casques comprennent d'une part le casque proprement dit destiné à la protection passive du porteur du casque et d'autre part un visuel intégré à ce casque et destiné à la présentation d'informations aux yeux du dit porteur. Dans la suite du texte, le porteur désigne la personne pour laquelle le casque est réalisé, même si, dans certaines phases de la réalisation décrite, cette personne est nu-tête. Le casque est constitué d'une coque de protection rigide résistant à la perforation et d'une calotte interne épaisse, plus souple, pour le confort et la protection contre les chocs. II comporte le plus souvent un système de communication audio, éventuellement un système respiratoire, et de plus supporte le visuel s'il s'agit d'un casque avec visuel intégré. Le visuel est un dispositif optique d'affichage qui présente une image vidéo de la réalité extérieure ou une image synthétique sur un "combineur", c'est-à-dire sur un écran semi-réfléchissant qui autorise la vision simultanée du monde réel et de l'image présentée. L'image est produite par un générateur d'image, par exemple un tube cathodique, un écran à cristaux liquides ou une matrice de diodes électroluminescentes. Une optique relais placée entre le générateur d'image et le combineur assure la collimation de l'image pour la transformer en image virtuelle. Dans certaines réalisations, le "combineur" est réalisé par la visière du casque eile-même. La figure 1 représente un tel casque, avec sa coque rigide 10, sa calotte interne antichoc 12. Le visuel 14 comprend un imageur (ici un tube cathodique de projection) 16, une visière de projection 18 constituant le "combineur" mentionné ci-dessus, et entre l'imageur et la visière, L'optique relais 20. Une vision correcte de l'image par le porteur du casque n'est assurée que si l'oeil est placé à une position très précise par rapport aux trajets optiques définis par le visuel, donc à une position très précise par rapport à l'ensemble des éléments composant le visuel, éléments qui euxmêmes doivent être positionnés très précisément les uns par rapport aux autres). La difficulté réside dans ce positionnement rigoureux du visuel par rapport à l'oeil du porteur du casque. La tolérance de positionnement relatif est par exemple de 1 mm et de 1" entre le système optique, les trajets optiques qu'il définit, et l'oeil du porteur. Une solution simple consiste à réaliser un casque avec un visuel réglable mécaniquement par rapport à la coque de manière à ajuster la position du visuel à celle de l'oeil du porteur. La figure 2 représente un tel casque avec des moyens de réglage 22 à quatre degrés de liberté selon trois translations et une rotation en site. Cependant un tel dispositif de réglage est complexe, il augmente la masse et l'encombrement de l'équipement de tête, il induit une fragilité en utilisation et une perte des caractéristiques et de fiabilité dans le temps. De plus, si le porteur du casque fait les réglages lui-même, il peut les faire de manière erronée. Une autre solution consiste à reporter l'ajustement du casque au niveau de sa calotte interne. Le visuel est alors fixé rigidement à la coque et une calotte interne personnalisée réalise conjointement l'adaptation du casque à la morphologie du porteur et le positionnement correct du visuel par rapport à l'oeil du porteur. Le casque est alors adapté complètement à la morphologie du porteur et le visuel est correctement placé pour ce porteur uniquement. La difficulté réside dans la réalisation de cette calotte interne personnalisée, cette réalisation devant aboutir à ce que le visuel soit toujours correctement placé, sans système de réglage mécanique accessoire. Cette personnalisation peut se faire en pratique en réalisant une garniture personnalisée que le porteur place à l'intérieur d'un casque standard. La garniture peut être réalisée par moulage direct, sur la tête du porteur en injectant une mousse de polyuréthane entre la tête du porteur et une forme qui est la forme intérieure de la calotte ante choc du casque, tout en maintenant la tête et la dite forme en position relative exacte telle que le visuel soit correctement placé par rapport aux yeux du porteur. Après polymérisation de la mousse et démoulage, on obtient une garniture personnalisée qui sera placée à l'intérieur du casque. Mais ce procédé est délicat à mettre en oeuvre à cause de la poussée provoquée, sur la tête du porteur, par l'expansion de la mousse notamment. Cette poussée entraîne des déplacements trop importants (de l'ordre de 5 millimètres alors que la tolérance est fixée à +/- 1 millimètre) entre les yeux et le visuel. On peut difficilement compenser ce défaut par un décalage préalable, car le décalage dépend en fait de la morphologie et la musculation propre à chaque porteur. Par ailleurs, la poussée et la réaction chimique exothermique de la mousse injectée dépendent de sa densité, c'est-à-dire du rapport entre la quantité de matière injectée et le volume réei compris entre la tête et la forme intérieure de la calotte antichoc, ce volume étant très difficile à mesurer dans la pratique. Ceci conduit aussi à une incertitude sur la précision finale de positionnement obtenue. D'autres inconvénients de ce procédé existent également: - douleurs pendant l'opération du fait des systèmes d'immobilisation utilisés (I'utilisateur doit mordre une planche de positionnement pour maintenir sa tête en place), maux de tête éventuels dus au produit utilisé et à la réaction exothermique, - impossibilité de réalisation si la morphologie de l'utilisateur sort d'une gamme de morphologies prédéfinies, ou bien nécessité d'augmenter systématiquement la quantité de mousse à injecter et le volume global du casque pour tenir compte de morphologies plus variées, - encombrement important de l'installation, nécessité de deux ou trois opérateurs expérimentés, et durée importante (plusieurs heures) de l'opération. L'invention vise à produire un casque personnalisé d'une manière plus simple et en évitant autant que possible les inconvénients des procédés de la technique antérieure. Pour cela, I'invention propose un procédé de fabrication d'un casque comprenant une calotte interne personnalisée assurant le positionnement du casque sur la tête du porteur caractérisé par un relevé préalable de la forme de la tête du porteur suivi d'une réalisation de la dite calotte à partir de ce relevé. La présence du porteur n'est alors nécessaire que pour le relevé préalable; elle n'est pas nécessaire pour la réalisation de la calotte interne. Les contraintes pour le porteur sont beaucoup moins fortes et les problèmes rencontrés du fait de l'injection directe de mousse sur la tête du porteur disparaissent. Le relevé préalable se fait de préférence par un procédé de mesure optique, notamment par un scanner à rayon laser qui tourne autour de la tête de l'utilisateur en relevant les distances entre ce scanner et des points de la tête pour obtenir sous forme de données numériques la forme de la tête. Etant donné que la position des yeux de l'utilisateur est très importante, un tel relevé est de préférence complété par une mesure précise de la position des yeux du porteur afin de constituer le relevé de forme numérisé. Cette mesure de position des yeux se fait de préférence par des moyens optiques. A partir du relevé de forme, on peut usiner ou définir par moulage la surface intérieure de la calotte interne du casque pour réaliser la personnalisation, c'est-à-dire qu'on usine ou on moule soit la calotte interne elle-même soit une garniture personnalisée qui s'insère dans une calotte interne standard pour la compléter. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux figures suivantes dans lesquelles: - la figure 1, déjà décrite, est un schéma général de casque de pilote avec viseur; - la figure 2, également déjà décrite, représente une réalisation de casque de la technique antérieure; - la figure 3, également déjà décrite, représente un casque avec une garniture personnalisée en situation d'utilisation; - la figure 4, représente un dispositif de relevé de la forme de la tête fournissant un relevé numérique par rotation d'un appareil de mesure autour de la tête; - la figure 5, représente un moule de garniture personnalisée avec ses parties standard et son moule interne personnalisé. La mise en oeuvre préférée de l'invention va maintenant être décrite. Dans cette mise en oeuvre, on réalise une garniture personnalisée à insérer entre la tête et la calotte antichoc standard (non personnalisée) du casque. Mais on comprendra qu'on pourrait aussi réaliser directement une calotte antichoc personnalisée. La figure 3 représente un casque sur la tête de son porteur 36 avec sa coque 30 et sa calotte interne standard 31, dans laquelle est placée, à l'aide de pions de positionnement 32 et 33, une garniture composée d'une mousse 34 avec flocage 35 du côté de la tête du porteur. Avec un tel casque, la personnalisation est limitée à celle de la garniture. La figure 4 représente la mise en oeuvre préférée de l'invention. Dans cette mise en oeuvre, le relevé de la forme de la tête du porteur est un relevé numérique sans contact, comme par exemple, un relevé numérique bidimensionnel obtenu par un scanner 3D numérisant des profils formés par un faisceau laser plan. Un tel relevé de la forme d'une tête peut consister en une numérisation de méridiens illuminés par le laser et captés par une caméra dans une tête rotative de numérisation 52 en rotation autour d'un axe vertical 53 d'une plate-forme fixe 55. Pour faciliter la numérisation de la forme de la tête par un tel scanner, le porteur porte par exemple un bonnet élastique mince destiné à plaquer les cheveux sur le crâne comme le ferait le casque et présentant une couleur et un état de surface adaptées au scanner. Le porteur est ensuite placé dans un fauteuil dont le dossier est incliné de manière représentative du siège de l'avion. Le porteur se place dans une posture naturelle de tête en fixant sont regard à l'horizontale en regardant son image dans le miroir semi-réfléchissant 54 disposé devant lui. La position immobile de la tête est maintenue par une plaque à mordre, un appui mentonnier ou une minerve ergonomique réglable suivant les six degrés de liberté et relié au fauteuil. Le fauteuil est mobile par rapport à la plate-forme fixe 55, il est déplacé dans le plan horizontal de façon à faire correspondre le sommet du crâne du sujet avec l'axe de rotation mécanique 53 du scanner, puis ajusté en hauteur afin d'optimiser le relevé de forme et de réduire les zones d'ombre. La numérisation complète de la tête peut être réalisée en une révolution du scanner en 15 secondes. La résolution moyenne de cette numérisation est voisine de 0,5 mm et la précision de l'ordre de 0,1 mm. La séance se termine par les mesures des coordonnées spatiales des yeux et de points anatomiques éventuels, par des visées de différentes lunettes. Pour permettre un positionnement rigoureux du visuel du casque par rapport à l'oeil du porteur, le dispositif de la figure 5 mesure la position du centre de chaque oeil du porteur par rapport à la plate-forme fixe 55. Chacune des trois lunettes de visée 56, 57 et 58 est placée sur des règles linéaires à codage numérique 59, 60 et 61 qui permettent de mesurer deux coordonnées d'un point du porteur à numériser. Le système de règles numériques et de lunettes est au préalable harmonisé en position avec le repère de numérisation du scanner à l'aide d'une pièce d'étalonnage. Le porteur maintient son regard fixe à l'aide du miroir semiréfléchissant 54 disposé devant lui. Une lunette 56 est disposée devant le visage du porteur et permet à un opérateur de relever les coordonnées des yeux du porteur en hauteur et en largeur en réglant la position de cette lunette. Les deux autres lunettes 57 et 58, orthogonales à la lunette 56, sont placées de part et d'autre du porteur pour que l'opérateur mesure la cote de profondeur d'une part de l'oeil gauche en réglant la position de la lunette de visée 57, et d'autre part de l'oeil droit par réglage de la lunette 58. La numérisation de la tête du porteur est ensuite utilisée pour réaliser la garniture personnalisée définie ci-dessus, ainsi que des éléments internes du casque comme par exemple la position des écouteurs. Cette numérisation peut être utilisée par une machine d'usinage numérique pour réaliser un moule interne de la garniture. Une réalisation de moule de garniture est présentée sur la figure 6, elle comprend d'une part un socle standard 63 dans lequel s'insère un moule interne personnalisé 64, et d'autre part un moule externe standard 65, correspondant à la forme intérieure de la calotte antichoc standard du casque. Le moule interne présente une face interne 67 standard permettant de le positionner précisément par rapport au socle 63 et une face externe 66 personnalisée représentant la forme de la tête du porteur. Le moule externe 65 s'adapte sur le socle de façon à obtenir un espace correspondant à la garniture entre le moule externe 65 et le moule interne 64. La garniture est ainsi réalisée par injection par l'orifice 68 lorsque les deux moules 65 et 64 sont bloqués sur le socle 63. Des pions de centrage sont formés sur la garniture pendant cette opération de moulage par le remplissage des cavités 69 et 70. La garniture peut aussi être réalisée à partir d'un bloc de mousse par usinage à l'aide d'une machine numérique exploitant la numérisation cidessus, puis habillage par un terme de confort et de finition. Après fabrication la garniture personnalisée est placée dans un casque standard. Un tel procédé de fabrication de casque permet la réalisation d'un casque à visuel intégré adapté au porteur sans ajout d'un dispositif mécanique de réglage du visuel. II permet de séparer dans le temps et dans l'espace les deux étapes principales de réalisations constituées d'une part du relevé de forme de la tête et d'autre part de la réalisation de la garniture personnalisée. Le relevé de forme décrit dans la mise en oeuvre préférée de l'invention est propre et peu contraignant pour le porteur puisqu'il n'y a pas de poussée exercée sur la tête, comme dans la réalisation de garniture par moulage direct sur la tête même du porteur, I'immobilisation est assurée sans douleur par une planche à mordre simple sans prise d'empreinte dentaire. Le relevé nécessaire de forme de la tête est plus exactement limité au relevé de la partie de la tête qui sert à définir la garniture personnalisée. La première étape nécessite une présence du porteur limitée à quelques dizaines de minutes et, pour plus de confort, un dispositif de relevé de forme de tête peut être installé, par exemple, dans un camion pour permettre d'effectuer les relevés sur le lieu de travail des porteurs de casque. La seconde étape s'effectue sans le porteur, par exemple en usine car le réglage du casque sur la tête du porteur est défini dans la première étape. Des garnitures de rechange peuvent être fournies à la demande sans contrainte de présence du porteur. De même il est possible d'intégrer des options dans la réalisation de la garniture sans réitérer la prise de forme ainsi par exemple, le choix du matériau de la garniture, de choix du tissu de finition, le choix du type de casque ou même le choix de la position du visuel en site. Un autre avantage de l'invention est le fait que le relevé de forme préalable permet de déterminer à l'avance la quantité de matière à injecter pour réaliser la calotte personnalisée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un casque comprenant une calotte interne personnalisée assurant le positionnement du casque sur la tête du porteur caractérisé par un relevé préalable de la forme de la tête du porteur suivi d'une réalisation de la dite calotte personnalisée à partir de ce relevé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le relevé préalable est effectué par un dispositif de mesure sans contact. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le relevé préalable de la forme de la tête du porteur est effectué par un scanner optique 3D. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la calotte personnalisée est usinée à l'aide d'une machine numérique, à partir du relevé préalable de forme. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce la calotte personnalisée comprend une calotte standard dans laquelle s'insère une garniture personnalisée. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on réalise un moule de calotte personnalisée d'après le relevé. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réalise un moule de garniture personnalisée d'après le relevé. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pendant le relevé préalable, la position des yeux de l'utilisateur est relevée dans les trois dimensions. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la position des yeux est mesurée par un dispositif relevant au moins les coordonnées des yeux en hauteur et en largeur et la profondeur de chacun des yeux. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la position des yeux est relevée par un dispositif optique. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 10, caractérisé en ce que la tête est immobilisée pendant le relevé de forme et de position des yeux. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le casque comprend un dispositif d'affichage intégré nécessitant un positionnement très précis par rapport aux yeux du porteur.