Brevet FR2775151A1 — publié le 19990820

DISPOSITIF DE VISUALISATION PAR CAMERA A TETE FLEXIBLE La présente invention concerne un dispositif de visualisation par caméra à tête flexible pour l'inspection des zones non accessibles d'un organe, en particulier d'un moteur de véhicule automobile. Actuellement, l'inspection des organes et du moteur d'un véhicule automobile de conception moderne est rendue difficile à cause de la compacité du moteur luimême et du volume réduit du compartiment moteur sous le capot du véhicule. Aussi, lors de certaines pannes, le réparateur doit démonter des pièces annexes autour du moteur pour accéder visuellement à des parties cachées à examiner. Ces opérations de démontage allongent le temps de recherche des pannes, qui n'est pas inclus dans le temps d'intervention facturé au client. Une solution pour réduire le temps de détermination d'une panne, donc le temps d'intervention non facturé, consiste à permettre au réparateur de visualiser directement et immédiatement l'organe en panne, sans démonter les organes annexes. Or, actuellement, il n'existe pas de système de vision directe par caméra miniature dans le domaine de l'après-vente automobile. Dans l'état de l'art, le brevet américain US 5 662 586 déposé au nom de WELCH ALLYN Inc. décrit un dispositif portable de capture d'images par caméra C.C.D., principalement destiné aux examens odonthologiques. La caméra est constituée de circuits électroniques logés dans un tube rigide, dont l'extrémité contient le circuit C.C.D. avec son objectif réglable et un moyen d'éclairage direct ou indirect par lampe ou fibre optique ou réflexion par miroir. L'inconvénient d'un tel éclairage est la réflexion parasite par des surfaces lisses sous observation. De plus, le champ d'éclairage de ce dispositif est excentré par rapport au champ de vision de la caméra, de sorte que le dispositif délivre une image résultante qui n'est pas uniforme. Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de visualisation constitué d'une part d'une caméra de type C.M.O.S. (Complementary Metal Oxyde Silicium), miniature, implantée dans un corps creux solidaire d'un tube cylindrique flexible et articulé, de faible diamètre, fixé à un manche rigide comprenant une commande d'éclairage et une commande de mouvement de la tête logeant la caméra, et d'autre part d'un écran de visualisation, en technologie L.C.D. (Liquid Cristal Display) par exemple. Pour cela, l'objet de l'invention est un dispositif de visualisation par caméra, de format portable, comprenant une torche vidéo reliée à un écran de visualisation, caractérisé en ce que la torche vidéo est constituée d'une tête dans laquelle sont disposés une caméra et des moyens d'éclairage, reliée à un tube flexible, articulé et évidé pour le passage d'un câble vidéo et de fils d'alimentation électrique et de commande de rotation de la tête, reliant la tête de la torche à un manche doté de moyens de commande de l'éclairage, et en ce que la liaison entre la tête de la torche et le tube est amovible et est réalisée par une articulation mobile sous l'action de moyens de commande mécanique ou électrique entrainant la rotation et le blocage de la tête dans une position déterminée par l'utilisateur du dispositif. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube flexible reliant la tête de la torche vidéo au manche est constitué d'une multitude d'articulations évidées, à symétrie de révolution, s'emboîtant les unes dans les autres, chaque articulation étant de type rotule composée d'une partie sphérique et d'une partie en tuyère de dimensions telles qu'elle s'emboîte sur la partie sphérique de l'articulation suivante pour réaliser une liaison mécanique de type sphérique, et en ce qu'un soufflet en matériau souple enrobe totalement les différentes articulations du tube. Grâce à cet outil de formation d'image, dont la partie portable est utilisée au même titre qu'un outil de serrage, tel une pince ou un tournevis, ou qu'un outil mécanique, comme une clé Allen ou Torx, l'observation des pièces mécaniques dans un moteur de véhicule, lors de la recherche d'une panne ou lors de la réparation d'un organe, sera ainsi possible dans des zones normalement inaccessibles à l'oeil humain. Le domaine technique de l'invention est aussi celui du télédiagnostic des pannes de véhicules automobiles, notamment des pannes du moteur, pour lequel le réparateur demande de l'aide au centre technique du constructeur automobile concerné auquel il envoie les informations vidéo ainsi captées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont - les figures 1 et 2 : un schéma en coupe longitudinale de deux exemples de réalisation d'un dispositif de visualisation selon l'invention - les figures 3 et 4 : une vue en coupe détaillée longitudinale de deux exemples de réalisation de la tête de la torche vidéo d'un dispositif de visualisation selon l'invention - la figure 5 : une vue de face d'un élément de la torche vidéo selon l'invention ; - la figure 6 : un schéma électrique d'alimentation de la torche vidéo selon l'invention ; - les figures 7 et 8 : deux vues en coupe longitudinale et transversale respectivement du tube flexible d'un dispositif de visualisation selon l'invention - les figures 9a et 9b : une vue de profil et une vue de coupe longitudinale respectivement du manche d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de visualisation selon l'invention - les figures 10 et 11 : une vue de dessus et une vue en coupe longitudinale respectivement du manche d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de visualisation selon l'invention - les figures 12 et 13 : deux vues en coupe d'une tête de torche rotative du deuxième mode de réalisation d'un dispositif de visualisation selon l'invention. - la figure 14 : une vue de profil d'une tête de torche rotative selon le deuxième mode de réalisation - la figure 15 : une vue en coupe d'une tête de torche rotative selon un troisième mode de réalisation selon l'invention. Les éléments portant les mêmes références sur les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Comme le montre le schéma d'un dispositif de visualisation selon l'invention, représenté en coupe longitudinale sur la figure 1, ce dispositif comporte d'une part une torche 1 flexible, se décomposant en une tête 2, pouvant être pivotable, logeant une caméra 3 et un moyen d'éclairage 4, un tube 5 flexible et un manche 6 rigide logeant les commandes d'éclairage 7 et de rotation 8 de la tête, et d'autre part un écran de visualisation 9. La tête 2 de la torche vidéo 1 abrite une caméra 3 électronique monolithique, de format portable, de type solide, et de type C.M.O.S. et un moyen 4 d'éclairage diffus de type Lambertien dans le champ de visualisation 10 de la caméra. Cette tête 2 peut être articulée de façon à pouvoir pivoter et est reliée à une première extrémité du tube flexible 5 de façon amovible, par un pas de vis par exemple pour permettre leur remplacement indépendamment l'un de l'autre en cas de panne. Ce tube flexible 5 est creux pour faire passer le câble 11 transmettant les images issues de la caméra 3 et les fils d'alimentation électrique 12 et de commande 13 de rotation de la tête si besoin est. L'autre extrémité du tube 5 est reliée, par un pas de vis également par exemple, au manche 6 de la torche. La torche 1 est portable en raison de son faible poids et de ses dimensions, au moyen du manche 6 creux, dans lequel peut être logée une source d'alimentation 14, commandée par un interrupteur 7 marche/arrêt par exemple, et comprenant également des moyens 8 de commande de la rotation de la tête. Dans cette version d'une utilisation en mode autonome, la source d'alimentation électrique est de type pile, batterie ou accumulateur rechargeable, située dans le manche ou dans le boîtier de l'écran de visualisation 9 qui est de type à cristaux liquides par exemple. Dans une autre version en mode non autonome, la torche vidéo 1 est alimentée à partir d'une baie de télédiagnostic 15, de type OPTIMA 5800 de RENAULT/SAGEM par exemple, comme le montre la figure 2. La tête 2 de la torche vidéo 1 peut être réalisée selon deux modes différents en fonction de la source lumineuse indirecte ou directe. Sur la figure 3, concernant une réalisation avec une source lumineuse indirecte, la caméra 3 est logée dans le corps métallique 16 de la tête de torche, au moyen d'un support 17 annulaire, transparent, au centre duquel est placé l'objectif 18 de la caméra. Une lampe halogène 19, ou tout autre moyen d'éclairage homogène non cohérent, est placée derrière la caméra, au centre du corps 16 de la tête dont la surface intérieure est en forme de tronc de cône, réalisant un réflecteur tronconique 20. Une plaquette 21 diffusant la lumière est placée après le support 17 de la caméra 3, le long du trajet de la lumière. L'extrémité évasée du corps métallique de la tête est fermée par un disque 22 en matériau transparent servant de couvercle. Dans le cas particulier de la figure 3, pour lequel la tête 2 de torche est fixée rigidement au tube flexible 5, l'autre extrémité du corps de la tête, opposée à la première, est vissée à une articulation 23 du tube flexible 5, à travers laquelle passent le câble vidéo 11 et les fils 12 d'alimentation électrique et 13 de commande de rotation de la tête. Pour ne pas saturer la caméra et créer des zones fortement éclairées, l'éclairage des pièces à visualiser par la caméra 3 doit être diffus et homogène. I1 est obtenu grâce à la plaquette 21 diffusante en Poly-Méthacrylate de Méthyle non transparent, par exemple, située à quelques millimètres du support 17 de la caméra, qui est transparent. Cette plaquette 21 diffusante reçoit la lumière, émise par la lampe homogène 19 qui se réfléchit sur la paroi interne réfléchissante du corps 16 de la tête de torche puis traverse le support transparent 17 de la caméra et la transforme en lumière diffuse de type Lambertien dans toutes les directions de l'espace. Ce mode d'éclairage par source de lumière indirecte est basé sur la réflexion de la lumière sur le réflecteur conique 20 du corps 16. La chaleur émise par la lampe halogène 19 est évacuée par conduction thermique à travers le corps métallique 16 de la torche. Un autre mode d'éclairage peut être utilisé pour cette torche vidéo, il s'agit d'un éclairage direct par au moins deux lampes halogènes 24, illustré par la figure 4. Ces lampes sont disposées à travers un support annulaire 25, qui n'est plus transparent comme dans la version précédente mais est en métal servant de support mécanique à la caméra et aux lampes. Ces lampes placées de part et d'autre de l'objectif 18 de la caméra peuvent être aussi en nombre égal à 3, situés à 1200 les unes des autres ou à 90" si elles sont au nombre de quatre, comme le montre la figure 5 qui est une vue de face de ce support métallique 25. La lumière émise par ces lampes est rayonnée vers l'avant de la caméra, en prise directe avec la plaquette 21 diffusante en polymère, qui permet d'obtenir un éclairage diffus de type Lambertien dans le champ de vision 10 de la caméra. Etant donné que le support annulaire 25 est métallique et en contact direct avec le corps 16 de la torche, lui-même métallique, la chaleur dégagée par ces lampes halogènes est évacuée par conduction thermique à travers ledit corps 16 grâce au pont thermique ainsi réalisé entre le support 25 et le corps 16. La figure 6 est un schéma électrique de l'alimentation de la caméra CMOS 3 et des lampes 24. Les lampes de 3 volts, au nombre de 4 par exemple, sont montées en série. L'alimentation électrique basse tension, de l'ordre de 12 ou 15 volts, provient soit d'une source autonome 14 logée dans le manche 6 de la torche 1, soit d'une baie 15 de télédiagnostic. Elle alimente ces lampes et la caméra à travers un régulateur de tension 26, commandé par un interrupteur marche/arrêt 7. Le tube flexible 5, reliant la tête 2 de la torche 1 à son manche 6, est creux pour laisser le passage des fils d'alimentation électrique et de commande de la rotation de la tête en cas de besoin, souple mais suffisamment rigide pour accéder à des zones cachées du moteur et garder la forme prise en maintenant la caméra devant l'organe à visualiser. Pour cela, comme cela apparaît sur les figures 7 et 8, qui sont respectivement une vue en coupe longitudinale et une vue en coupe transversale du tube, le tube 5 est constitué d'une multitude d'articulations creuses 27, à symétrie de révolution, s'emboîtant les unes dans les autres. Selon un exemple de réalisation, chaque articulation 27 est de type rotule, composée d'une partie sphérique 28 et d'une partie en tuyère 29 de dimensions telles qu'elle s'emboîte sur la partie sphérique de l'articulation suivante, réalisant ainsi une liaison mécanique de type sphérique. Cette liaison sphérique entre deux articulations consécutives permet une rotation à plusieurs degrés de liberté de la partie sphérique 28 de l'une dans la tuyère 29 de l'autre, ce qui rend le tube 5 flexible. Un soufflet 30 en matériau souple, par exemple en caoutchouc ou en métal suivant les applications, enrobe totalement les différentes articulations 27 du tube. Chaque articulation 27 est creusée le long de son axe 6 de révolution pour le passage du câble vidéo 11 et des fils d'alimentation électrique 12 et le fil de commande 13 de la tête. Pour assurer la fixation de ce tube flexible et articulé 5 à la fois à la tête 2 de la torche et à son manche 6, les deux articulations extrêmes 271 et 272 ont des formes particulières s'adaptant à l'intérieur de la tête de torche d'une part et du manche d'autre part. Par exemple, la première articulation 271 n'a pas de partie sphérique, mais une partie cylindrique 31 en forme de bouchon s'encastrant dans la tête 2 maintenue par collage ou au moyen d'une vis 32. De même, la partie en tuyère de la dernière articulation 272 vient s'emboîter sur un bouchon 33 placé à une extrémité du manche 6, et est également maintenue par collage ou vissage. Selon un premier mode de réalisation de la torche vidéo 1, correspondant au cas ou celle-ci est fixée de façon rigide au tube 5 sans possibilité de rotation, le manche représenté de profil et en coupe longitudinale sur les figures 9a et 9b respectives, est en matière plastique ou en métal et de forme sensiblement cylindrique, comportant un interrupteur marche/arrêt 7 destiné à la commande de la caméra et de l'éclairage en coupant ou non l'alimentation électrique de la caméra et des lampes halogènes, que l'alimentation soit autonome ou non. Lorsque la source d'alimentation est autonome, ce peut être une pile ou une batterie 14 intégrée dans le manche. Sinon, l'alimentation provient d'une station de télédiagnostic OPTIMA 5800 par exemple, par l'intermédiaire d'un connecteur 34 la reliant aux fils électriques et fermant l'autre extrémité du manche. Selon un deuxième mode de réalisation de la torche, la tête de la torche 1 est articulée à l'extrémité du tube flexible 5 (figures 12 et 13) et sa rotation peut être commandée à partir du manche 6 (figures 10 et 11). Le principe consiste à tirer, grâce à un levier 39 mécanique implanté dans le manche, sur un fil métallique 35 solidaire d'une poulie 36, d'axe de rotation confondu avec celui ' de la tête de la torche, placée dans une rotule 37 reliant la tête 2 de la torche au tube 5, également solidaire d'un ressort de rappel 38 qui tire la tête de la torche en permanence vers la direction opposée à celle du levier 39. Comme le montrent les figures 10 et 11 qui sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe longitudinale du manche 6, le levier mécanique 39 peut être déplacé linéairement dans un rail 40 prévu dans le corps du manche et comporte un dispositif 41 de blocage pour maintenir le ressort de rappel 38 dans une position donnée par l'intermédiaire du fil métallique 35. L'utilisateur peut ainsi observer un organe caché d'un moteur par exemple, en faisant tourner la tête de la torche autour d'un axe de rotation 6' au moyen du dispositif de commande du mouvement de la tête, placé sur le manche 6 de la torche, et en bloquant la position choisie pour l'examen de l'organe en panne. Les figures 12 et 13 sont deux vues en coupe d'une tête 2 de torche pivotante, reliée au tube flexible 5 par une articulation 37, autorisant par exemple une rotation de 30C d'un côté de l'axe longitudinal 6 du tube flexible 5 et de 1200 de l'autre côté, comme le montre la figure 14 qui est une vue de profil de la tête de la torche articulée au tube flexible 5. La figure 15 montre un troisième mode de réalisation de la torche vidéo 1, dont la tête 2 pivotante se compose d'une première partie fixe 46 solidaire du tube flexible 5 et d'une deuxième partie mobile 45, comprenant la caméra 3. Elle est actionnée par un moteur électrique 42, logé sur l'axe 6" de la partie fixe 46 de la tête torche. Grâce à deux pignons orthogonaux 43 et 44, respectivement solidaires de la partie fixe 46 et de la partie mobile 45 de la tête 2, le mouvement autour de l'axe 6" est transformé en mouvement autour de l'axe '. Un des pignons 44 étant solidaire de la partie mobile 45 de la tête par l'intermédiaire d'une vis 47, il fait tourner la tête torche autour de l'axe 6' lors de la mise en marche du moteur. Le sens de rotation dépend donc du sens de l'alimentation du moteur. Le moteur électrique 42 est de format miniature pour s'intégrer aisément dans la tête de la torche et de faible poids. Il peut être de type à courant continu ou de type pas à pas. Enfin, le dernier élément du dispositif de visualisation selon l'invention est un écran à cristaux liquides L.C.D. classique dans le cas d'une alimentation électrique autonome. Dans le cas d'une alimentation par le biais d'une station de télédiagnostic, l'écran est celui de l'ordinateur de la station. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation par caméra, de format portable, comprenant une torche vidéo reliée à un écran de visualisation, caractérisé en ce que la torche vidéo (1) est constituée d'une tête (2) dans laquelle sont disposés une caméra (3) et des moyens d'éclairage (4), reliée à un tube (5) flexible, articulé et évidé pour le passage d'un câble vidéo (11) et de fils d'alimentation électrique (12) et de commande (13) de rotation de la tête, reliant la tête (2) de la torche à un manche (6) doté de moyens de commande (7) de l'éclairage, et en ce que la liaison entre la tête (2) de la torche et le tube (5) est amovible et est réalisée par une articulation (37) mobile sous l'action de moyens de commande mécanique ou électrique entraînant la rotation et le blocage de la tête dans une position déterminée par l'utilisateur du dispositif. 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de la rotation de la tête (2) de la torche vidéo (1) sont réalisés par un levier (39) mecanique implanté dans le manche (6) de la torche (1) solidaire d'un fil métallique (35) attaché à une poulie (36) dont l'axe de rotation est confondu avec celui de l'articulation (37) reliant la tête (2) de torche au tube flexible (5) et qui est également solidaire d'un ressort de rappel (38) destiné à entraîner la tête (2) en permanence vers la direction opposée à celle du levier (39). 3. Dispositif de visualisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le levier (39) mécanique peut être déplacé linéairement dans un rail (40) prévu dans le corps du manche (6) de la torche vidéo (1) et comporte un dispositif (41) de blocage pour maintenir, par l'intermédiaire du fil métallique (35), le ressort de rappel (38) dans une position donnée. 4. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce les moyens de commande de la rotation de la tête (2) de la torche vidéo (1), composée d'une première partie fixe (46) solidaire du tube flexible (5) et d'une deuxième partie mobile (45) comprenant la caméra (3), sont réalisés par un moteur électrique (42) miniature, à courant continu ou pas à pas, logé dans la partie fixe (46) de la tête de la torche et faisant tourner un premier pignon (43) qui entraîne un second pignon (44) orthogonal, solidaire de la partie mobile (45) de la tête (2). 5. Dispositif de visualisation par caméra, de format portable comprenant une torche vidéo reliée à un écran de visualisation, caractérisé en ce que la torche vidéo (1) est constituée d'une tête (2) dans laquelle sont disposés une caméra (3) et des moyens d'éclairage (4), fixée rigidement et de façon amovible à un tube (5) flexible, articulé et évidé pour le passage d'un câble vidéo (11) et de fils d'alimentation électrique (12), reliant la tête (2) à un manche (6) doté de moyens de commande de l'éclairage. 6. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que la caméra (3) est logée dans le corps métallique (16) de la tête de torche, au moyen d'un support (25) annulaire également métallique, servant aussi de support à au moins deux lampes (24) halogènes placées autour de l'axe de vision de la caméra qui est ainsi entièrement couvert par un champ lumineux uniforme diffus de type Lambertien par une plaquette (21) en matériau diffusant placée après le support (17), le long du trajet de la lumière. 7. Dispositif de visualisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lampes (24) halogènes sont au nombre de quatre disposées à 90 les unes des autres autour du champ de vision de la caméra (3). 8. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que la caméra (3) est logée dans le corps métallique (16) de la tête (2) de la torche vidéo (1), au moyen d'un support (17) annulaire, transparent, au centre duquel est placé l'objectif (18) de la caméra, en ce qu'une lampe halogène (19) est placée derrière la caméra, au centre du corps (16) dont la surface intérieure réalise un réflecteur tronconique, et en ce qu'une plaquette (21) en matériau diffusant la lumière est placée après le support (17) de la caméra, le long du trajet de la lumière, pour diffuser la lumière dans toutes les directions de l'espace. 9. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube (5) flexible reliant la tête (2) de la torche vidéo (1) au manche (6) est constitué d'une multitude d'articulations (27) évidées, à symétrie de révolution, s'emboîtant les unes dans les autres, chaque articulation étant de type rotule composée d'une partie sphérique (28) et d'une partie en tuyère (29) de dimensions telles qu'elle s'emboîte sur la partie sphérique de l'articulation suivante pour réaliser une liaison mécanique de type sphérique, et en ce qu'un soufflet (30) en matériau souple enrobe totalement les différentes articulations (27) du tube. 10. Dispositif de visualisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour assurer la fixation du tube flexible (5) à la tête (2) de la torche vidéo (1) et à son manche (6) respectivement, les deux articulations extrêmes (271 et 272) du tube ont des formes particulières s'adaptant à l'intérieur de la tête de torche d'une part et du manche d'autre part, et sont maintenues par une vis. 11. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le manche (6) de la torche vidéo (1) est de forme sensiblement cylindrique et comporte un interrupteur marche/arrêt (7) destiné à la commande de la caméra et de l'éclairage en contrôlant l'alimentation électrique de la caméra et des lampes halogènes. 12. Dispositif de visualisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que dans le manche (6) de la torche vidéo (1) est intégrée une source d'alimentation électrique autonome, telle qu'une pile, une batterie ou un accumulateur rechargeable.