Brevet FR2836556A1 — publié le 20030829

DISPOSITIF A ULTRASONS PERMETTANT DE CAPTER ET REPRODUIRE DES FORMES TRIDIMENSIONNELLES A PARTIR DE CIBLES POUR MESURER DES VOLUMES La présente invention concerne un dispositif conçu en forme de potence, destiné à la capture et à la reproduction de formes variées sur des matières inertes ou vivantes afin d'en réaliser au moins un affichage tridimensionnel virtuel à l'écran. Ces équipements utilisent généralement des procédés laser qui nécessitent la mise en oeuvre de technologies coûteuses, ou des procédés photographiques qui sont imprécis quant aux caractéristiques dimensionnelles fournies. La présente invention qui utilise des capteurs à ultrasons permet de remédier efficacement à ces inconvénients. Cette technologie permet de capter des informations à partir de senseurs à ultrasons utilisés pour l'émission et la réception des signaux. Disposant d'un rythme d'impulsions de plusieurs milliers par seconde, les capteurs émettent des signaux ultrasoniques codés et reçoivent les échos renvoyés par la cible. Les informations reçues sont transmises à l'unité centrale de gestion sous forme analogique. La capture des formes est réalisée à l'aide d'un nombre suffisant de capteurs montés et répartis sur un bras de sorte à permettre le relevé précis et complet de la forme du sujet. Tous les capteurs étant reliés électriquement, ils sont dotés d'une sortie signal analogique et d'une sortie de synchronisation. La forme du bras est déterminée de façon à se déplacer au plus près du sujet à numériser. Selon leur position sur le bras, des capteurs sont reliés entre eux pour être synchronisés afin d'éviter que les signaux émis par eux soient perturbés par des capteurs du même groupe. Les tensions relevées par chacun des capteurs à ultrasons sont converties en une valeur qui transformée permet de déterminer une distance. Une carte spécifique reliée électriquement aux capteurs, effectue le traitement analogique des données à l'aide d'un logiciel dédié. Les matrices XYZ ainsi obtenues représentent un ensemble de points correspondant aux formes du sujet. Un logiciel dédié constitué d'algorithmes spécifiques permet de reconstituer automatiquement à l'écran le sujet numérisé. Selon une quelconque application, ces données pourront être transmises en un lieu distant, en utilisant par exemple le réseau Internet. Dans un mode préféré, le dispositif objet de l'invention, est réalisé en forme de potence pour en diminuer l'encombrement et augmenter sa capacité de mesure sans pour autant en modifier son encombrement. Le dispositif selon l'invention permet, en utilisant un nombre suffisant de capteurs (5) positionnés selon un mode préféré sur un support mobile ou bras (3) selon une organisation spécifique, de numériser les formes du sujet et de déterminer avec précision les mesures de la cible (22). La figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif objet de l'invention. La figure 2 représente une vue schématique du support mobile ou bras (3). La figure 3 représente le principe d'extension du support mobile ou bras (3). La figure 4 représente le schéma synoptique du principe de l'invention. En référence à la figure 1, l'invention comporte dans un mode préféré, un châssis (1) en forme de potence, constitué de profilés métalliques, comportant dans sa partie supérieure un support métallique mobile (13) sur lequel est fixé un plateau tournant à l'horizontale à 360 degrés (9) supportant une table de mouvement mobile à l'horizontale (7). Un bras (3) support des capteurs à ultrasons (5) de forme et de dimensions appropriées est fixé solidairement dans sa partie supérieure à la table (7). Un plateau tournant (9) est actionné par un moteur électrique (8). Le plateau (9) auquel est solidarisé la table de mouvement (7) comporte une vis sans fin actionnée par un moteur électrique (10) qui permet le déplacement d'une partie mobile sur la partie inférieure de laquelle est fixé le bras (3) maintenu à la table (7) par des glissières mécaniques, le bras (3) supportant le capteur (5). L'ensemble ainsi constitué permet grâce à un groupe de variateurs disposé dans l'armoire électrique de commande (18), de déplacer le bras (3) selon un parcours adéquat autour de la cible, par exemple un corps humain (22). Ainsi décrite, l'invention permet de donner un mouvement au bras (3) dans les axes nécessaires, selon un parcours variable dans la périphérie du corps numérisé (22). Le dispositif objet de l'invention permet d'augmenter le nombre de points relevés sans accroître le nombre de capteurs installés sur le bras (3), par simple déplacement vertical de celui-ci. Le déplacement vertical est effectué au moyen d'une vis (14) mue par un moteur électrique (11). Le dispositif (13) supportant le plateau tournant (9), la table (7) et le bras (3) est maintenu par une glissière mécanique (39) disposée solidairement sur les montants verticaux du châssis (1). Selon la figure 3, le bras (3) est rendu extensible à l'aide d'un vérin électrique (36) ajusté à une distance de référence par rapport au sol, qui commande la partie inférieure (38) du bras (3), rendu ainsi télescopique. La distance de référence de l'extrémité inférieure (38) du bras (3) par rapport au sol est mesurée par un capteur dédié (37) relié à l'armoire électrique de commande (18). L'invention comporte dans la partie inférieure du châssis (1) un support métallique mobile à la verticale (13) sur lequel sont fixés le plateau tournant (9) et la table de mouvement (7). Le support métallique mobile (13) se déplace selon un axe vertical, par exemple au moyen d'une vis sans fin (14) actionnée par un moteur électrique (11) disposé entre les deux profilés métalliques du châssis (1). Le support métallique mobile (13) est maintenu par des guides ou glissières mécaniques (39) disposés solidairement sur les montants verticaux du châssis (1) permettant ainsi le déplacement constant et régulier dans la direction verticale, de l'ensemble constitué par le plateau tournant (9) et le moteur (8), la table (7) et le moteur (10) ainsi que le bras (3). Un capteur à ultrasons (4) relié à l'armoire de commande (18) est disposé à l'extrémité de la table (7) côté moteur électrique (10). Il permet dans un mode de réalisation préféré, de prendre une mesure de distance par rapport au sommet de la cible (22) et de placer le bras (3) dans la position optimale par rapport à la cible (22) à numériser. Ce capteur (4) permet également grâce au programme de traitement des données (28), de connaître la mesure de hauteur ou de taille de la cible (22) à numériser. Dans un mode préféré, un capteur (2) par exemple à ultrasons, est disposé dans la partie inférieure du châssis (1). Géré par le même programme de traitement des données (28), il permet de compléter la capture de données dans la partie inférieure de la cible (22). S'agissant d'un corps humain, ce capteur (2) permet d'effectuer une mesure précise de la hauteur d'entrejambes. L'invention, dans son originalité, comporte un dispositif de pesage électronique (17) intégré dans la partie inférieure du châssis (1) relié électriquement au coffret de commande (18). Ce dispositif de pesage (17) permet de mesurer et d'enregistrer la caractéristique de poids relative à la cible (22) numérisé. Le bras (3) effectue un parcours périphérique autour de la cible (22), se positionnant à la distance optimale par rapport à la cible (22) devant être numérisée. Ce parcours peut être de différents diamètres ou ovales. Par exemple, lorsqu'il s'agit d'une cible (22), le diamètre est déterminé à partir de l'encombrement maximum de la cible ; l'opérateur entre dans l'ordinateur les données correspondant à l'encombrement maximum de la cible. Dans une autre configuration, cette opération s'effectue automatiquement grâce à l'information mesurée par le capteur (20). Dans un mode préféré, l'invention comporte un capteur (20) positionné sur la partie supérieure du bras (3) et relié électriquement à l'armoire de commande (18). Il permet de prendre une mesure de distance par rapport à l'encombrement maximum de la cible (22) et de placer le bras (3) dans la position optimale par rapport à la cible à numériser. La figure 4 qui représente le schéma synoptique du principe général de l'invention, montre que chaque élément électrotechnique est relié électriquement à l'armoire de commande (18). Dans un mode de réalisation préféré, un programme original de mouvement (24) permet d'organiser et d'ordonner le parcours du bras (3) support des capteurs (5). Les informations relevées par les capteurs (2,4, 5) pendant le parcours ou balayage sont enregistrées par le programme d'acquisition de données (26) puis interprétées par un programme spécifique de traitement des données (28). Les informations recueillies puis traitées pourront apparaître sur le moniteur (30) relié à l'unité centrale (29) reproduisant en trois dimensions, grâce à une carte graphique (42) la cible (22) dans l'ensemble de ses volumes et mesures. Plusieurs options périphériques pourront être raccordées à l'unité centrale (29) tel qu'un lecteur de carte à mémoire (35), une imprimante (34), etc. L'unité centrale (29) peut être raccordée aux réseaux de télécommunications, permettant l'envoi des fichiers informatiques ainsi constitués vers un lieu distant. L'invention permet donc de réaliser un scanner original d'un haut niveau de performance technique, d'un faible coût économique et de faible encombrement, capable de numériser toutes formes y compris des formes de grande dimension. L'invention permet de réaliser un dispositif de mesure de poids (17) géré par l'unité centrale (29) et doté d'un lecteur enregistreur de carte à mémoire (35) permettant d'enregistrer les données relevées par le dispositif sur la cible (22). REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de capter et de reproduire des formes tridimensionnelles à partir de cibles inertes ou vivantes, caractérisé en ce qu'il comporte des capteurs à ultrasons (5) disposés entre autres sur un bras mobile (3) pivotant sur une structure électromécanique lui permettant ainsi de se déplacer dans les trois axes X-Y-Z afin de numériser entièrement une quelconque cible (22). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support mobile ou bras (3) d'une forme déterminée, doté de capteurs (5) se déplace autour de la cible (22) à l'aide d'un plateau tournant (9), d'une table de mouvements (7) et verticalement d'une vis sans fin (14) actionnée par un moteur électrique (11). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le bras (3) est doté en son extrémité inférieure d'une partie mobile (38) extensible, qui permet d'augmenter la capacité de mesure du dispositif. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite partie mobile (38) est équipée d'un capteur de positionnement (37) relié électriquement à l'unité centrale (29) qui permet d'ajuster automatiquement à l'aide d'un vérin (36), la position du bras (3) par rapport au sol. 5. Dispositif selon les revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l'ensemble de mouvement composé d'un plateau tournant (9) et d'une table (7) supportant le bras (3) et le moteur électrique (11) est relié électriquement à une unité centrale (29) dont une des fonctions est de positionner le bras (3) et d'en gérer le trajet. 6. Dispositif selon les revendications 2 à 5 caractérisé en ce que l'ensemble de mouvement est mû par des moteurs (8,10, 11) reliés à une armoire de commande (18) commandée par une unité centrale (29) dotée d'un programme de mouvement (24). 7. Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la table de mouvements (7) est munie à son extrémité d'un capteur de distance (4) qui commande automatiquement le positionnement du bras (3) à une distance adéquate du sommet de la cible (22) grâce au moteur commandé (11), permettant ainsi de réaliser une mesure de hauteur de ladite cible. 8. Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce qu'il est équipé dans la partie inférieure d'un dispositif de mesure de poids (17) géré par l'unité centrale (29). 9. Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le bras (3) est muni dans sa partie supérieure, d'un capteur de distance (20) qui ordonne automatiquement le positionnement du bras à une distance adéquate de L'ENCOMBREMENT MAXIMUM DE LA CIBLE grâce au moteur (10), permettant ainsi de réaliser la numérisation de la cible (22). 10. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif est doté d'un lecteur/enregistreur de carte à mémoire (35) permettant d'enregistrer les données relevées sur la cible (22). 11. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que toutes les fonctions électriques et informatiques sont gérées par une unité centrale (29) reliée à un moniteur (30) et dotée de sorties, entre autres imprimante (34), télécommunications, etc...