Brevet FR2986627A1 — publié le 20130809

MESURE DE LA GEOMETRIE 3D D'UN ANNEAU CREUX EN STEREOVISION AXIALE AVEC DEUX CAMERAS EN OPPOSITION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de stéréovision axiale comportant deux capteurs orientés vers une zone de mesure susceptible de recevoir un objet à mesurer. Elle concerne également le procédé de mesure par stéréovision axiale correspondant. Elle concerne plus particulièrement un dispositif et un procédé permettant de mesurer simplement la géométrie 3D du contour intérieur d'un anneau creux (rondelle, intérieur de canalisation, contour intérieur de lunette) ou par extension de toute forme creuse. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La mesure par stéréovision permet de calculer la position 3D d'un point isolé ou 20 appartenant à une ligne ou à une surface, dès lors que celui-ci est observé depuis deux positions distinctes connues et selon des angles mesurés physiquement ou calculés par traitement numérique des images. Dans la pratique, les observations par stéréovision sont toujours effectuées du 25 même côté de l'objet à l'aide de deux caméras : - disposées aux extrémités d'un bras de mesure ou se déplaçant sur ce bras, tel que montré dans l'exemple de la figure 1 ; - ou se déplaçant le long de l'axe d'observation tel que montré dans l'exemple de la figure 2. 15 30 L'utilisation de la stéréovision réalisée à l'aide de deux caméras fixées sur un bras (Fig.1) est un principe bien connu utilisé pour la mesure industrielle ou en topographie terrestre ou aérienne. Le principe de la stéréovision axiale permet d'observer la scène d'un seul côté avec une seule caméra qui se déplace de A à B, le long de son axe optique (Fig.2) coïncidant avec l'axe d'observation. Une autre alternative est de faire varier la focale du zoom d'une seule caméra. Dans ces deux cas, l'angle de stéréovision reste faible et la reconstruction du point C est alors entachée d'imprécision. Ce principe a fait l'objet de différentes publications scientifiques mais son utilisation pratique implique un manque d'efficacité et de précision. Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. EXPOSE DE L'INVENTION Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif et un 20 procédé simple, fiable et peu coûteux pour effectuer des mesures dimensionnelles d'objet requérant des mesures d'une grande précision. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif et un procédé permettant de déterminer automatiquement le profil interne des cercles de 25 montures de lunettes permettant de prévoir une découpe des verrres en minimisant les risques que le profil externe du verre soit mal adapté au profil interne de la monture. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif et un procédé 30 permettant de déterminer automatiquement le profil interne des cercles de montures de lunettes avec une approche basée simple fiable et peu coûteuse, en remplacement des machines de mesures avec palpeur mécanique. Pour ce faire, l'invention prévoit un dispositif de stéréovision axiale comportant deux capteurs orientés vers une zone de mesure susceptible de recevoir un objet à mesurer, les capteurs étant montés en opposition par rapport à la zone de mesure. Une telle configuration permet de reconstituer un profil de façon simple, fiable et précise, avec des équipements peu coûteux. Selon un mode de réalisation avantageux, les capteurs sont montés de façon fixe l'un par rapport à l'autre. Dans une variante de réalisation, les capteurs sont montés de façon fixe par rapport à la zone de mesure. Selon un autre mode de réalisation avantageux, un des deux capteurs est un capteur virtuel, l'autre est un capteur actif ou réel. Cette configuration permet de réduire d'avantage les coûts inhérents au matériel, sans pour autant sacrifier la précision des mesures effectuées. Dans un exemple avantageux, un tel capteur virtuel comporte un miroir, disposé dans le champ de mesure de l'autre capteur, du côté opposé de la zone de 20 mesure. En variante, le miroir comporte un profil courbé, de préférence convexe (grand champ) ou concave (effet zoom). Les capteurs réels comportent avantageusement une ou plusieurs cellules photo- électriques. 25 L'invention prévoit par ailleurs un procédé de mesure par stéréovision axiale pour effectuer au moins une mesure sur un objet, comportant les étapes consistant à : - positionner deux capteurs de part et d'autre d'un objet à mesurer ; - établir des repères pour les deux capteurs ; 30 - effectuer au moins une détection ou mesure d'un point de l'objet à mesurer à l'aide des deux capteurs en mesure ; - à partir des repères pré-établis et des données issues de la détection, effectuer un calcul de position dudit point. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé permet d'obtenir les données d'une pluralité de points pour déterminer un profil de mesure d'au moins une partie de l'objet à mesurer, comme par exemple pour mesurer le contour, en particulier interne, de cercles de montures de lunettes, afin d'établir un profil dimensionnel dudit contour. Le procédé permet l'obtention de mesures fiables et précises du contour servant à définir le profil dimensionnel requis pour les verres destinés à la monture mesurée. DESCRIPTION DES FIGURES Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 8, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles : - les figures 1 et 2 illustrent de façon schématique les principes connus de stéréovision ; - la figure 3 présente de façon schématique le principe utilisé pour le procédé et le dispositif selon l'invention ; - les figures 4 et 5 montrent des variantes de réalisation du procédé et du dispositif selon l'invention ; - les figures 6 et 7 montrent un exemple de mise en oeuvre pour déterminer le contour interne d'une monture de lunette ; - la figure 8 présente de façon schématique les éléments pris en compte dans un exemple de calcul utilisant le procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans les exemples illustrés, le dispositif de l'invention est constitué d'une combinaison de deux caméras fixes, réelles ou virtuelles disposées de part et d'autre du point à mesurer (Fig. 3). L'angle de stéréovision est alors optimum (proche de 90°) et permet de calculer la position du point C avec grande précision. Alternativement, le principe de stéréovision axiale en opposition peut être mis en 5 oeuvre avec une seule caméra. La stéréovision est obtenue par la caméra virtuelle (B), image de la caméra réelle (A) utilisée sur un miroir plan (Fig.4). Alternativement, le principe de stéréovision axiale en opposition peut aussi être mis en oeuvre avec une seule caméra et un miroir courbe quelconque de forme 10 connue (Fig. 5). Le principe de stéréovision en opposition directe (Fig. 3) ou par réflexion (Fig. 4 et 5) permet de déterminer les coordonnées du point C par calcul des intersections des rayons (a et b) observés dans les images. Les angles d'observation 15 stéréoscopiques peuvent ainsi être proches de 90° et permettent d'obtenir une précision maximale lors des prises de mesure par imagerie numérique. D'autre part, les caméras peuvent être parfaitement fixées entre-elles garantissant ainsi des mesures fiables. En pratique, on utilise ce principe afin de déterminer les 20 coordonnées d'une pluralité de points, ou le profil d'un objet. Application à la mesure d'un contour de lunette 25 Le dispositif de stéréovision axiale en opposition permet de déterminer la position d'un point par utilisation du calcul épipolaire qui exprime la coplanarité des rayons d'observation a et b. Le calcul successif de nombreux points cl ,c2... en d'un contour intérieur permet de déterminer autant de points que nécessaire sur le pourtour de ce contour. Une interpolation linéaire ou de rang plus élevé permet de 30 relever un contour courbe en 3D. Dans une variante de réalisation, on utilise une seule caméra et un miroir plan correspondant à la mise en oeuvre de la figure (Fig.4). Une image type rendue par la caméra A est représentée à la figure 6, montrant le contour d'une monture de lunette 4 à mesurer et l'image réfléchie 4' de ce contour. Le calcul de la position 3D de chaque point du contour est illustré par les figures 7 et 8. Le point H est l'image du centre optique de la caméra virtuelle, réflexion sur le 10 miroir de la caméra utilisée. Tous les alignements des points observés et des points réfléchis correspondants passent par ce point H (après correction des déformations optiques éventuelles). De ce fait, chaque point P du contour est observé de deux points de vue différents 15 (A par la caméra et B par son image virtuelle), permettant ainsi le calcul de ses coordonnées par intersection des deux rayons d'observation (directe et virtuelle). La caméra observe directement son reflet, la géométrie épipolaire se réduit ici, dans l'image captée par la caméra (Fig.6 et 7) et après correction des distorsions 20 optiques, à un alignement de trois points : - le point H, image de la trace de l'axe optique, - le point A, un point quelconque de l'observation directe du contour d'intérêt de la lunette, - le point B, le point correspondant de A, relevé sur le contour réfléchi de la 25 lunette. Le repère de travail et de calcul est choisi arbitrairement comme suit : - plan X,Y coplanaire au plan du miroir, centré sur le point H, - axe X vers la droite, axe Z en direction de la caméra. 30 Connaissant les coordonnées 2D, (u,v) projetées des points A et H dans le plan du miroir, ainsi que la cote Cz du centre optique de la caméra, on recherche le point B appartenant au contour réfléchi dans l'alignement AH. Les coordonnées 3D (x,y,z) du point P se calculent ensuite par l'algorithme suivant : a = distance (AH) b = distance (BH) Pz = C * (a-b) / (a+b) Px = Ax * (C-Pz) / C Py = Ay * (C-Pz) / C Ce calcul peut être répété pour tous les points d'intérêt du contour avec la résolution souhaitée. Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier concernant la 20 mesure d'un contour interne des pourtours de monture de lunette. Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit d'autres types d'objet ou profils à mesurer, en particulier des objets avec profil 25 interne creux. Les signes de références dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes "comprendre" et "comporter" n'excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. Le mot "un" précédant un 30 élément n'exclue pas la présence d'une pluralité de tels éléments. REVENDICATIONS1. Dispositif de stéréovision axiale comportant deux capteurs orientés vers une zone de mesure susceptible de recevoir un objet à mesurer, caractérisé en ce que les capteurs sont montés en opposition par rapport à la zone de mesure. 2. Dispositif de stéréovision axiale selon la revendication 1, dans lequel les capteurs sont montés de façon fixe l'un par rapport à l'autre. 3. Dispositif de stéréovision axiale selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les capteurs sont montés de façon fixe par rapport à la zone de mesure. 4. Dispositif de stéréovision axiale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un des deux capteurs est un capteur virtuel, l'autre est un capteur actif ou réel. 5. Dispositif de stéréovision axiale selon la revendication 4, dans lequel le capteur virtuel comporte un miroir, disposé dans le champ de mesure de l'autre capteur, du côté opposé de la zone de mesure. 6. Dispositif de stéréovision axiale selon la revendication 5, dans lequel le miroir comporte un profil courbé, de préférence convexe ou concave. 7. Dispositif de stéréovision axiale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les capteurs réels comportent des cellules photoélectriques. 8. Procédé de mesure par stéréovision axiale pour effectuer au moins une mesure sur un objet, comportant les étapes consistant à : - positionner deux capteurs de part et d'autre d'un objet à mesurer ;- établir des repères pour les deux capteurs ; - effectuer au moins une détection ou mesure d'un point de l'objet à mesurer à l'aide des deux capteurs en mesure ; - à partir des repères pré-établis et des données issues de la détection, effectuer un calcul de position dudit point. 9. Procédé de mesure par stéréovision axiale selon la revendication 8, dans lequel on obtient les données d'une pluralité de points pour déterminer un profil de mesure d'au moins une partie de l'objet à mesurer. 10. Utilisation du procédé de mesure par stéréovision axiale selon l'une des revendications 8 ou 9, pour mesurer le contour, en particulier interne, de cercles de montures de lunettes, afin d'établir un profil dimensionnel dudit contour.