Brevet FR2850161A1 — publié le 20040723

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RECONNAISSANCE ET DE REPRODUCTION D'OBJETS DIVERS DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de reconnaissance et de reproduction d'objets divers au moyen d'un dispositif comprenant généralement: a) un module destiné à la saisie des données nécessaires à la reconstitution de la forme, en 3 dimensions, du modèle de l'objet à reproduire; b) une unité destinée à traiter lesdites données dans le but de les transformer en données reproduisant les contours réels de l'objet à reproduire; c) au moins un outil, piloté par le moyen de traitement, destiné à exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction, au moyen desdites données, dudit modèle par l'usinage d'une masse de matière bien déterminée; 10 d) un banc d'usinage pourvu: - d'un support destiné à maintenir, dans un premier temps, le modèle à reproduire et, dans un deuxième temps, la masse de matière à usiner; - de rails sur lesquels coulisse un chariot destiné à déplacer le module de saisie et l'outil d'exécution, suivant 3 directions orthogonales, autour de tout le volume 15 occupé par le modèle à reproduire et autour de toute la masse de matière à usiner. L'invention concerne également le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. De nombreux procédés et dispositifs permettent de reconnaître et de reproduire des objets divers. Ils font en général appel, soit à des palpeurs, soit à des rayons lumineux, soit à des caméras. Le type de moyen de saisie est en général 20 fonction de la forme et des dimensions du produit à reproduire. Les logiciels mis en oeuvre sont en général volumineux et d'exploitation non aisée. L'invention vise à réaliser un procédé de reconnaissance et de reproduction des objets, nouveau et original, mettant en oeuvre des moyens techniques et des logiciels, associés à des boutons de commande, simples à réaliser et à utiliser. Il a été mis au point dans le cadre de recherches effectuées sur la reproduction, à l'identique, de flotteurs de planches à voile ou de surfs aquatiques ou de neige. Le procédé, selon l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste 1) à effectuer, en combinaison, automatiquement, sur le modèle à reproduire, section par section, le long de l'axe orthogonal auxdites sections: a) une mesure de l'épaisseur maximale de la section du modèle, par le déplacement, suivant l'axe vertical, d'un rayon lumineux ponctuel, notamment du type laser, projeté dans la direction de l'objet; ledit rayon ayant également pour fonction de localiser l'objet; b) au moins une photographie de l'image d'un trait lumineux, notamment du type laser, projeté sur l'objet à reproduire, épousant la partie du profil de la section de l'objet en regard dudit trait lumineux; 2) à reconstituer, au moyen des données relatives à la succession des mesures de 5 l'épaisseur de l'objet et des photographies et d'un algorithme logiciel approprié, les contours de l'objet à reproduire. Le dispositif, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comporte: a) un module, adapté pour saisir les données nécessaires à la reconstitution de la forme, en 3 dimensions, du modèle de l'objet à reproduire, comprenant un 10 générateur de rayon lumineux ponctuel, un moyen réfléchissant disposé de l'autre côté du modèle et destiné à réfléchir ledit rayon, un récepteur du rayon lumineux réfléchi par ledit moyen, un générateur de trait lumineux et une caméra positionnée de manière à saisir l'image dudit trait projeté sur le modèle; b) une unité, comprenant un logiciel spécifique, adaptée pour traiter les données 15 saisies de manière à reproduire et à stocker les données relatives aux contours réels de l'objet à reproduire; c) au moins un outil, piloté par un logiciel spécifique du moyen de traitement, adapté pour exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction du modèle par l'usinage d'une masse de matière bien déterminée. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue de face simplifiée de l'ensemble selon l'invention; - la figure 2 est une vue de principe du fonctionnement des divers sous- ensembles entre eux. Le procédé de reconnaissance et de reproduction d'objets divers utilise un dispositif qui comprend généralement: a) un module (1) destiné à la saisie des données (DI) nécessaires à la reconstitution de la forme, en 3 dimensions, du modèle (2) de l'objet à reproduire; b) une unité (3) destinée à traiter les données (Dl) dans le but de les transformer en données (D2) reproduisant les contours réels de l'objet (2); c) au moins un outil (4), piloté par le moyen de traitement (3), destiné à exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction, au moyen des données (D2), du modèle (2) par l'usinage d'une masse de matière bien déterminée (5); d) un banc d'usinage (6) pourvu: - d'un support (6A) destiné à maintenir, dans un premier temps, le modèle (2) à reproduire et, dans un deuxième temps, la masse de matière (5) à usiner; - de rails (6B) sur lesquels coulisse un chariot (7) destiné à déplacer le module de saisie (1) et l'outil d'exécution (4), suivant 3 directions orthogonales (X), (Y) et (Z), autour de tout le volume occupé par le modèle (2) à reproduire et autour de toute la 10 masse de matière (5) à usiner. Le procédé en question consiste: 1) à effectuer, en combinaison, automatiquement, sur le modèle (2) à reproduire, section (YZ) par section (YZ), le long de l'axe (X): a) une mesure de l'épaisseur maximale (E) de la section (YZ) du modèle (2) par le 15 déplacement, suivant l'axe (Y), d'un rayon lumineux ponctuel (R), notamment du type laser, projeté dans la direction de l'objet (2) suivant l'axe (Z) ; ledit rayon ayant également pour fonction de localiser l'objet et d'initialiser les mesures; b) au moins une photographie (P) de l'image(A) d'un trait lumineux (T), notamment du type laser, projeté sur l'objet (2) suivant le plan (YZ) et épousant la partie du 20 profil de la section de l'objet (2) en regard dudit trait lumineux; 2) à reconstituer, au moyen des données (Dl) relatives à la succession des mesures des épaisseurs (E) et des photographies (P) et d'un algorithme logiciel approprié, les données (D2) relatives aux contours réels de l'objet (2) à reproduire. Il consiste également à utiliser les données (D2) relatives aux contours de l'objet (2) 25 pour commander le ou les outils (4) adaptés pour exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction dudit modèle à partir d'une masse de matière (5) bien déterminée. Le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé comporte: a) un module (1), adapté pour saisir les données (Dl) nécessaires à la 30 reconstitution de la forme, en 3 dimensions, du modèle (2) de l'objet à reproduire, comprenant: - un générateur (lA) de rayon lumineux ponctuel (R) associé à un moyen réfléchissant (lB) disposé de l'autre côté du modèle (2) et destiné à réfléchir ledit rayon (R) : ledit générateur pouvant être réalisé au moyen d'une diode laser; - un récepteur (1C) du rayon lumineux (R) réfléchi par ledit moyen permettant de détecter la coupure dudit rayon par l'épaisseur (E) du modèle (2); - un générateur (1D) de trait lumineux (T) pouvant être réalisé au moyen d'une diode laser émettant un rayon incident sur la surface d'un miroir cylindrique; - une caméra (1 E) positionnée de manière à saisir l'image (A) dudit trait projeté sur le modèle (2); b) une unité (3), comprenant un logiciel spécifique, adaptée pour traiter les données (Dl) de manière à reproduire et à stocker les données (D2) relatives aux contours réels de l'objet (2) à reproduire; c) au moins un outil (4), piloté par un logiciel spécifique du moyen de traitement (3), adapté pour exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction, au moyen des données (D2), du modèle (2) par l'usinage d'une masse de matière bien déterminée (5). Il comporte également un banc d'usinage (6) comprenant: - un support (6A) pourvu de moyens adaptés pour maintenir, dans un premier temps, le modèle (2) à reproduire et, dans un deuxième temps, la masse de matière (5) à usiner; - des rails (6B) sur lesquels coulisse un chariot (7) destiné à déplacer le module de saisie (1) et l'outil d'exécution (4), suivant 3 directions orthogonales (X), (Y) et (Z), 20 autour de tout le volume occupé par le modèle (2) à reproduire et autour de toute la masse de matière (5) à usiner. Le module de saisie (1) est pourvu de moyens adaptés pour rendre orientables le générateur (1A), le récepteur (1 C), le générateur (1 D) et la caméra (l E). Lesdits sous-ensembles sont montés à l'extrémité inférieure d'un bras latéral (1F) 25 solidaire du module (1). Le moyen réfléchissant (1B) est monté à l'extrémité inférieure d'un bras latéral, également solidaire du module (1), situé en regard du bras (11F), de l'autre côté du modèle (2). Selon des particularités de réalisation de l'invention: - le moyen réfléchissant (1 B) est monté orientable sur son support; - le ou les outils (4) sont montés orientables sur leurs supports respectifs; - le banc d'usinage (6) comporte des moyens adaptés pour déplacer, manuellement ou automatiquement au moyen d'instructions en provenance de l'unité de traitement (3), le modèle (2) à reproduire ou la masse de matière (5) à usiner en fonction de la 35 phase de saisie ou d'usinage dans laquelle se trouve le programme exécution. L'unité de traitement (3) comporte des boutons actionnant, chacun, un programme d'exécution d'une tâche bien déterminée. L'outil de découpe peut être choisi parmi les fraises, les fils chauffants ou les fils vibrants. Dans le cas de la reproduction de flotteurs pour sports aquatiques, les boutons de commande peuvent, par exemple, être affectés aux tâches suivantes: - fraiser le pont; - fraiser le contour; - fraiser la carène. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes, en particulier dans: - les types et le nombre d'outils d'usinage utilisés; - les types de générateurs de rayons lumineux et de traits lumineux, de moyens réfléchissants, de récepteurs de rayons lumineux et de caméras; les types de moyens d'entraînement linéaire ou en rotation des divers sousensembles du dispositif; - le types d'unités de traitement et de logiciels; et l'étendre à d'autres applications comme par exemple: la reproduction de skis, de prothèses, etc. REVENDICATIONS 1- Procédé de reconnaissance et de reproduction d'objets divers au moyen d'un dispositif comprenant généralement: a) un module (1) destiné à la saisie des données (Dl) nécessaires à la reconstitution de la forme, en 3 dimensions, du modèle (2) de l'objet à reproduire; b) une unité (3) destinée à traiter les données (Dl) dans le but de les transformer en données (D2) reproduisant les contours réels de l'objet (2); c) au moins un outil (4), piloté par le moyen de traitement (3), destiné à exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction, au moyen des données (D2), du modèle (2) par l'usinage d'une masse de matière bien déterminée (5); 10 d) un banc d'usinage (6) pourvu: - d'un support (6A) destiné à maintenir, dans un premier temps, le modèle (2) à reproduire et, dans un deuxième temps, la masse de matière (5) à usiner; - de rails (6B) sur lesquels coulisse un chariot (7) destiné à déplacer le module de saisie (1) et l'outil d'exécution (4), suivant 3 directions orthogonales (X), (Y) et (Z), 15 autour de tout le volume occupé par le modèle (2) à reproduire et autour de toute la masse de matière (5) à usiner; caractérisé en ce qu'il consiste: 1) à effectuer, en combinaison, automatiquement, sur le modèle (2) à reproduire, section (YZ) par section (YZ), le long de l'axe (X): a) une mesure de l'épaisseur maximale (E) de la section (YZ) du modèle (2) par le déplacement, suivant l'axe (Y), d'un rayon lumineux ponctuel (R), notamment du type laser, projeté dans la direction de l'objet (2) suivant l'axe (Z); ledit rayon ayant également pour fonction de localiser l'objet; b) au moins une photographie (P) de l'image (A) d'un trait lumineux (T), notamment 25 du type laser, projeté sur l'objet (2) suivant le plan (YZ) et épousant la partie du profil de la section de l'objet (2) en regard dudit trait lumineux; 2) à reconstituer, au moyen des données (Dl) relatives à la succession des mesures des épaisseurs (E) et des photographies (P) et d'un algorithme logiciel approprié, les données (D2) relatives aux contours réels de l'objet (2) à reproduire. 30 2- Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser les données (D2) relatives aux contours de l'objet (2) pour commander le ou les outils (4) adaptés pour exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction dudit modèle à partir d'une masse de matière (5) bien déterminée. 3- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la 35 revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte: - 7 a) un module (1), adapté pour saisir les données (Dl) nécessaires à la reconstitution de la forme, en 3 dimensions, du modèle (2) de l'objet à reproduire, comprenant: un générateur (lA) de rayon lumineux ponctuel (R) associé à un moyen réfléchissant (1 B) disposé de l'autre côté du modèle (2) et destiné à réfléchir 5 ledit rayon (R), un récepteur (1C) du rayon lumineux (R) réfléchi par ledit moyen, un générateur (1 D) de trait lumineux (T) et une caméra (1 E) positionnée de manière à saisir l'image (A) dudit trait projeté sur le modèle (2); b) une unité (3), comprenant un logiciel spécifique, adaptée pour traiter les données (Dl) de manière à reproduire et à stocker les données (D2) relatives aux contours 10 réels de l'objet (2) à reproduire; c) au moins un outil (4), piloté par un logiciel spécifique du moyen de traitement (3), adapté pour exécuter les opérations d'usinage nécessaires à la reproduction, au moyen des données (D2), du modèle (2) par l'usinage d'une masse de matière bien déterminée (5). 4- Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un banc d'usinage (6) comprenant: - un support (6A) pourvu de moyens adaptés pour maintenir, dans un premier temps, le modèle (2) à reproduire et, dans un deuxième temps, la masse de matière (5) à usiner; - des rails (6B) sur lesquels coulisse un chariot (7) destiné à déplacer le module de saisie (1) et l'outil d'exécution (4), suivant 3 directions orthogonales (X), (Y) et (Z), autour de tout le volume occupé par le modèle (2) à reproduire et autour de toute la masse de matière (5) à usiner. 5- Dispositif, selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le module 25 de saisie (1) est pourvu de moyens adaptés pour rendre orientables le générateur (lA), le récepteur (1C), le générateur (1D) et la caméra (lE). 6- Dispositif, selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le moyen réfléchissant (lB) est monté orientable sur son support. 7- Dispositif, selon les revendication 3 et 4, caractérisé en ce que le ou les 30 outils (4) sont montés orientables sur leurs supports respectifs. 8- Dispositif, selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le banc d'usinage (6) comporte des moyens adaptés pour déplacer, manuellement ou automatiquement au moyen d'instructions en provenance de l'unité de traitement (3), le modèle (2) à reproduire ou la masse de matière (5) à usiner en fonction de la 35 phase de saisie ou d'usinage dans laquelle se trouve le programme exécution. 9- Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'unité de traitement (3) comporte des boutons actionnant, chacun, un programme d'exécution d'une tâche bien déterminée. 10- Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le générateur 5 (1 D) de trait lumineux (T) est réalisé au moyen d'une diode laser émettant un rayon incident sur la surface d'un miroir cylindrique.