Brevet FR3066820A1 — publié le 20181130

- 1 - DISPOSITIF DE RECONSTRUCTION EN TROIS DIMENSIONS D'UNE SURFACE D'UN OBJET DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine technique de la reconstruction en trois dimensions d'une surface d'un objet, par triangulation d'une source lumineuse projetée. L'invention trouve une application avantageuse dans la reconstruction tridimensionnelle de surfaces courbes et difficiles d'accès. ART ANTERIEUR Il est connu de l'état de la technique un dispositif de reconstruction en trois dimensions d'une surface par triangulation L.A.S.E.R., et notamment par l'observation aux moyens de caméras de la déformation d'une ligne laser projetée sur ladite surface. Ce type de dispositif met en oeuvre un émetteur L.A.S.E.R., généralement de couleur rouge ou bleue en raison de la disponibilité de ces sources en forte puissance. Un émetteur L.A.S.E.R. est une source cohérente dont le faisceau peut être parfaitement collimaté, notamment sous la forme d'une ligne de lumière, la plus fine possible. En pratique, un objet à reconstruire est placé sur un support mobile en translation, sous un système d'acquisition formé par un émetteur L.A.S.E.R. et une ou plusieurs caméras. En générale, l'émetteur L.A.S.E.R. est placé verticalement et la ou les caméras forment un angle donné par rapport à l'émetteur L.A.S.E.R. Pour les objets de formes complexes, ou de grandes dimensions, il est également connu de déplacer le système d'acquisition par rapport à l'objet fixe. L'émetteur L.A.S.E.R. projette une frange lumineuse fine sur l'objet et les caméras capturent les différents profils de la frange lumineuse. 3066820 - 2 - En cumulant ainsi les profils par l'intermédiaire de moyens de traitement d'images, notamment un logiciel bien connu de l'état de la technique, on obtient une reconstruction surfacique tridimensionnelle de l'objet. 5 Un tel dispositif de reconstruction tridimensionnelle est couramment utilisé pour l'inspection d'objets métriques ou centimétriques avec une résolution centimétrique ou millimétrique. Ce type de dispositif est particulièrement adapté pour la reconstruction en trois dimensions d'un objet possédant des surfaces planes. La profondeur de champ du dispositif est typiquement de l'ordre de quelques centimètres ou millimètres, et dépend de 10 la profondeur de champ de la source lumineuse et de celle de la ou des caméras. En effet, dehors du champ de la source lumineuse, la ligne de lumière s'épaissit et sa netteté diminue, et en dehors du champ des caméras, l'image perd en netteté et en résolution. Le dispositif de l'état de la technique n'est donc pas adapté pour la reconstruction 15 en trois dimensions de surfaces courbes qui nécessitent une plus grande profondeur de champ. Le dispositif de l'état de la technique ne permet pas d'obtenir une résolution élevée associée à une grande profondeur de champ. Afin d'optimiser la résolution du dispositif pour la reconstruction en trois 20 dimensions de surfaces de petits objets, de tailles millimétrique, et afin de réduire le bruit dit de « Speckle » inhérent au caractère monochromatique de l'émetteur L.A.S.E.R., il est également connu du document FR 3 013 842 de remplacer l'émetteur L.A.S.E.R. par une source LED dont la lumière est par exemple focalisée sous forme d'une frange d'épaisseur inférieure à 501.1m. 25 Ce type de dispositif permet la reconstruction en trois dimensions avec une résolution micrométrique et une profondeur de champ micrométrique, mais n'est pas non plus adapté pour la reconstruction en trois dimensions de surfaces courbes qui nécessitent une plus grande profondeur de champ. 30 Par ailleurs, un inconvénient commun à tous ces dispositifs de l'état de la technique réside dans le fait qu'ils sont encombrants et ne permettent pas la reconstruction d'une surface difficile d'accès. 3066820 - 3 - EXPOSE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de proposer un dispositif de reconstruction en trois dimensions d'une surface dont l'encombrement est réduit, et dont la résolution et la 5 profondeur de champ sont maximales pour permettre la reconstruction de surfaces courbes, difficiles d'accès. A cet effet, il est proposé un dispositif de reconstruction en trois dimensions d'une surface d'un objet conforme à l'état de la technique en ce qu'il comprend au moins une 10 source lumineuse destinée à projeter un faisceau lumineux, par exemple une ligne de lumière, sur la surface, au moins un système de capture d'images du profil lumineux produit par le faisceau projeté sur la surface, des moyens de déplacement relatif du faisceau sur la surface, et des moyens de traitement des images capturées. 15 Selon l'invention, le dispositif comprend au moins un élément de conduction de la lumière connecté d'une part, à la source lumineuse et, d'autre part, à une tête de projection déportée destinée à projeter le faisceau lumineux sur la surface à reconstruire. De cette manière, l'utilisation d'une ou plusieurs têtes de projection déportées 20 permet de réduire significativement l'encombrement du dispositif et de pouvoir épouser la forme de l'objet à reconstruire pour inspecter et reconstruire en trois dimensions des surfaces difficiles d'accès, telles que des surfaces internes de pneumatiques, des tubes, cavités, etc. Un autre avantage de l'invention réside également dans l'optimisation de la dissipation thermique en dehors de la zone d'inspection. 25 Selon une forme de réalisation particulière, la source lumineuse est une source LED. Ceci permet de pouvoir réduire le bruit de « Speckle » et présente un avantage particulier pour la reconstruction de surfaces sombres par rapport aux couleurs disponibles pour la source LED. De plus, la puissance nécessaire pour émettre la ligne de 30 lumière est nettement plus faible qu'avec un émetteur L.A.S.E.R. par exemple. 3066820 - 4 - L'élément de conduction de la lumière peut être tout dispositif flexible permettant de transporter un flux lumineux, et se présente de préférence sous la forme d'au moins une fibre optique. 5 Avantageusement, le système de capture d'images, qui comprend par exemple une caméra, comprend une tête de capture déportée. De cette manière, les avantages liés à la déportation de la tête de projection lumineuse s'appliquent au caractère déportable de la tête de capture d'images, notamment 10 la réduction de l'encombrement et l'adaptabilité à la forme de l'objet à reconstruire pour maximiser la résolution et la profondeur de champ. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES 15 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, du dispositif de reconstruction en trois dimensions d'une surface selon l'invention, à partir des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique illustrant de côté le dispositif selon l'invention, la source lumineuse étant reliée à une tête de projection déportée ; 20 - la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, le système de capture d'image comprenant également une tête de capture déportée ; - la figure 3 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, la source lumineuse étant reliée à une pluralité de têtes de projection déportées, le système de capture d'image n'étant pas représenté ; 25 - la figure 4 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 3, les têtes déportée épousant la forme de la surface courbe à reconstruire. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 En référence aux figures 1 à 4, l'invention concerne un dispositif (1) de reconstruction en trois dimensions d'une surface (2a) d'un objet (2) par la technique de triangulation d'un faisceau lumineux (3), et notamment d'une ligne de lumière projetée sur la surface (2a) à reconstruire. 3066820 - 5 - A cet effet, le dispositif (1) comprend une source lumineuse (4) qui peut être une source L.A.S.E.R., ou une source LED par exemple. La source LED est préférée car elle nécessite une puissance plus faible que celle de la source L.A.S.E.R., et elle permet de 5 réduire les bruits parasites. De plus, le choix plus vaste de couleurs LED est un avantage pour la projection sur une surface sombre, bleue ou rouge, là où l'émetteur L.A.S.E.R. est limité aux couleurs bleue et rouge. La lumière LED est, par exemple, focalisée par l'intermédiaire de deux condenseurs 10 asphériques sur un masque disposant d'une ligne d'une épaisseur inférieure à 50 pm, par exemple 25 p.m. Avant d'être projetée sur la surface (2a) de l'objet (2), la lumière LED est par exemple à nouveau focalisée via un objectif de caméra. Selon l'invention, le dispositif (1) comprend une ou plusieurs têtes de projection (5) 15 déportées, reliées à la source lumineuse (4), LED ou L.A.S.E.R., par l'intermédiaire d'un élément (6) de conduction de la lumière, tel que par exemple au moins une fibre optique. La ou les têtes de projection (5) déportées permettent de s'adapter à la forme de la surface (2a) à reconstruire, tout en augmentant la profondeur de champ et la résolution de la ligne de lumière projetée. La ou les têtes de projection (5) déportées permettent également de 20 réduire au maximum l'encombrement du dispositif (1) et de pouvoir épouser la forme de l'objet à reconstruire (voir figure 4) pour inspecter et reconstruire en trois dimensions des surfaces difficiles d'accès de projeter la ou les lignes de lumières (3) sur des surfaces (2a) difficiles d'accès. 25 Afin de réaliser la reconstruction en trois dimensions de la surface (2a), et en référence aux figures 1 et 2, le dispositif (1) comprend un système (7) de capture d'images de la surface (2a) à reconstruire sur laquelle est projetée la lumière. Le système (7) de capture d'images peut être un ou plusieurs appareils photographiques, ou bien une ou plusieurs caméras. Le système (7) est donc destiné à capturer des images de la surface 30 (2a) à reconstruire. Chaque image capturée par le système (7) permet d'obtenir un profil de lignes de lumière. La reconstruction de la surface (2a) en trois dimensions est effectuée par des moyens de traitement d'images, notamment un logiciel bien connu, en cumulant les profils de lignes de lumière, c'est-à-dire en déplaçant le système (7) de capture 3066820 - 6 - d'images par rapport à l'objet (2), ou bien en déplaçant l'objet (2) par rapport au système (7) de capture d'images, avec des captures successives d'images et de profils de lignes de lumière. La déformation du profil de lumière projetée permet en outre la reconstruction tridimensionnelle. Les moyens de traitement d'images peuvent analyser les profils de 5 lumière projetée au sub-pixel et corriger les bruits inhérents au faisceau et à la surface (2a) de l'objet (2). Les moyens de déplacement mis en oeuvre peuvent être de tout type en fonction de la nature de la surface (2a) et de l'objet (2) à reconstruire, et peuvent comprendre un 10 support mobile en translation ou en rotation. Alternativement, le système (7) de capture d'images et/ou la source lumineuse (4) peuvent pivoter autour de l'objet (2) ou se déplacer le long de celui-ci. Afin d'optimiser davantage le dispositif (1) selon l'invention, et en référence à la 15 figure 2, le système (7) de capture d'images comprend une tête de capture (8) déportée. En d'autres termes, les capteurs d'images du ou des appareils photographiques, ou de la ou des caméras sont déportés et reliés au système (7) par un câble électrique (9). Cela permet également une meilleure adaptabilité à la géométrie de la surface (2a) à reconstruire, diminue l'encombrement et permet d'inspecter des surfaces (2a) difficiles 20 d'accès. Au surplus, le fait de déporter la ou les têtes de projection (5) lumineuse, ainsi que la ou les têtes (8) de capture d'images, permet d'optimiser la dissipation thermique en dehors de la zone d'inspection. De la même manière, cela permet de réaliser des 25 opérations de maintenance de la source lumineuse (4) ou du système (7) de capture d'images en dehors de la zone d'inspection pour éviter tout déréglage des têtes de projection (5) et des têtes (8) de capture d'images. En référence aux figures 3 et 4, le dispositif (1) peut comprendre plusieurs sources 30 lumineuses (4), chacune reliées à une ou plusieurs têtes de projection (5) déportées, et plusieurs systèmes (7) de capture d'images reliés à une ou plusieurs têtes (8) de capture déportées, en fonction de la nature et de la forme géométrique de la surface (2a) de l'objet 3066820 - 7 - (2) à reconstruire. L'utilisation de plusieurs systèmes (7) de capture d'images permet notamment de limiter les angles morts de capture d'images. Il ressort de ce qui précède que l'invention fournit bien un dispositif (1) de 5 reconstruction tridimensionnelle d'une surface (2a) d'un objet (2), dont l'encombrement est réduit, et dont la résolution et la profondeur de champ sont maximales pour permettre la reconstruction de surfaces courbes et difficiles d'accès. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de reconstruction en trois dimensions d'une surface (2a) d'un objet (2), le dispositif (1) comprenant au moins une source lumineuse (4) destinée à projeter un faisceau lumineux (3) sur la surface (2a), au moins un système (7) de capture d'images du profil lumineux produit par le faisceau projeté sur la surface (2a), des moyens de déplacement relatif du faisceau sur la surface (2a), et des moyens de traitement des images capturées, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément (6) de conduction de la lumière connecté d'une part, à la source lumineuse (4) et, d'autre part, à une tête de projection (5) déportée destinée à projeter le faisceau lumineux (3) sur la surface (2a) à reconstruire. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) est une source LED ou une source L.A.S.E.R. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau lumineux (3) se présente sous la forme d'une ligne de lumière. 4. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (6) de conduction de la lumière se présente sous la forme d'au moins une fibre optique. 5. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (7) de capture d'images comprend une caméra. 6. Dispositif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système (7) de capture d'images comprend une tête de capture (8) déportée.