Brevet FR3069346A1 — publié le 20190125

Procédé de contrôle d'une surface La présente invention concerne le domaine du contrôle et plus particulièrement celui des applications de contrôle robotisé utilisant un capteur optique matriciel. Dans l'industrie, il est connu d'embarquer des appareils de prise de vue tels que des capteurs optiques matriciels sur des robots. Pour de nombreuses applications, il est nécessaire de connaître précisément les positions des effecteurs embarqués sur les robots. Dans le cas d'un capteur optique, la position du centre optique de l'appareil de prise de vue sert de repère optique au robot. Un exemple d'application courant est celui du contrôle d'une surface par thermographie. Sur des pièces de grandes dimensions, il est alors nécessaire de réaliser plusieurs acquisitions prises selon différents points de vue à l'aide d'une caméra infrarouge positionnée sur un bras robotisé. Il est connu d'utiliser un contrôle par capteur matriciel (par exemple dans le domaine infrarouge) sur des pièces composites, mais principalement en laboratoire ou en production sur des surfaces présentant une géométrie relativement simple. Par géométrie relativement simple, on entend l'absence de courbures ou de variations de reliefs au niveau de la surface. Le développement d'une méthode de contrôle de pièces de géométrie complexe dans des conditions industrielles nécessite la maitrise de : - la zone visualisée par rapport à la position et à l'orientation du capteur matriciel embarqué sur un robot industriel, - la conception de la trajectoire du robot en respectant des paramètres influant du procédé de contrôle. La maîtrise de la zone de visualisation repose sur le positionnement précis de la surface à contrôler à une distance dite de mise au point donnée entre la surface et le centre optique de l'appareil de prise de vue, et selon une profondeur de champ de l'appareil de prise de vue. La conception de la trajectoire du robot est souvent réalisée par apprentissage ou par des méthodes expérimentales directement sur la pièce à contrôler. 2 Il est proposé un procédé de contrôle d'une surface d'intérêt d'une pièce au moyen d'un appareil de prise de vue destiné à être monté sur un robot porteur, l'appareil comprenant un capteur et une optique associée à un centre optique C, à une ouverture angulaire et à une 5 profondeur de champs PC et définissant un volume de netteté, ce procédé comprenant les opérations suivantes : - chargement, dans un environnement virtuel de conception, d'un modèle virtuel tridimensionnel de la surface d'intérêt, - génération, dans l'environnement virtuel, d'un modèle virtuel 10 tridimensionnel du volume de netteté, - pavage, dans l'environnement virtuel, du modèle de la surface d'intérêt au moyen d'une pluralité de modèles unitaires dudit modèle virtuel tridimensionnel de volume de netteté, - pour chaque position desdits modèles unitaires, calcul de la 15 position correspondante, dite d'acquisition, de l'appareil de prise de vue. Ce procédé permet de définir de manière automatique des points de passage pour le robot, et par suite une trajectoire prédéfinie lui permettant de déplacer successivement l'appareil de prise de vue au 20 niveau des points d'acquisition. L'avantage de ce procédé est qu'il peut être réalisé entièrement dans un environnement virtuel tandis que la procédure habituelle consiste à créer une trajectoire par apprentissage expérimentale directement sur la pièce. Selon un exemple de mode de réalisation, la génération du modèle 25 virtuel tridimensionnel du volume de netteté comprend les opérations de : - chargement, dans l'environnement virtuel, d'un modèle tridimensionnel de l'appareil, - génération d'une pyramide tronquée dont : o le sommet est le centre optique C, 30 o l'ouverture angulaire (ou cône d'ouverture) est celle de l'optique, o deux faces opposées définissent respectivement un premier plan net PPN et un dernier plan net DPN dont l'écartement correspond à la profondeur de champ PC de l'optique. 35 Ce modèle virtuel tridimensionnel de volume de netteté permet de représenter de manière simple et virtuelle les paramètres de l'optique. Il est directement lié aux caractéristiques de l'optique. 3 Selon un mode préféré de réalisation, la surface est située entre le premier plan net PPN et le dernier plan net DPN de chaque modèle unitaire de modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté. Ce positionnement particulier est facilité par l'utilisation d'un modèle 5 virtuel tridimensionnel du volume de netteté, et permet de garantir une image nette à chaque acquisition lors du contrôle de la surface. Selon une caractéristique particulière, la génération du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté comprend une opération de division dudit modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté en une zone 10 de travail strictement incluse dans celui-ci, et une zone périphérique de recouvrement entourant la zone de travail. Dans l'opération de pavage, les modèles unitaires du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté peuvent être répartis de manière à se chevaucher deux à deux dans lesdites zones périphériques. 15 La génération d'une zone de travail permet de faciliter et d'accélérer le positionnement des volumes unitaires de volume de netteté. En effet la zone de travail permet de discriminer une zone de recouvrement dans laquelle les volumes unitaires se chevauchent. Cette opération permet également à l'opérateur d'avoir un contrôle sur le niveau de 20 recouvrement souhaité. Selon une caractéristique particulière, la position de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté est définie au moins par la distance d entre un point singulier P du modèle virtuel tridimensionnel de la surface à contrôler et sa projection 25 orthogonale sur le premier plan net PPN ou sur le dernier plan net DPN. Cette caractéristique permet à l'opérateur d'avoir un contrôle sur la distance entre l'appareil et la surface à contrôler. En effet, selon les caractéristiques géométriques de la surface à contrôler, il peut être pertinent de mettre la distance d sous contrainte. Asservir cette distance 30 permet de maîtriser la résolution spatiale des images visualisées. Selon une autre caractéristique, le point singulier P est le barycentre du modèle virtuel tridimensionnel de volume de netteté. Selon une caractéristique particulière, dans l'opération de pavage, la position de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du 35 volume de netteté est définie par l'angle entre un axe X associé au modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté et la normale N à la surface d'intérêt au point d'intersection de l'axe X et de la surface. L'axe X est par exemple un axe de symétrie du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté. Cette caractéristique permet à l'opérateur d'avoir 4 un contrôle sur l'orientation angulaire de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté. Cela permet ainsi de contrôler l'orientation de la prise de vue sur certaines zones de la surface à contrôler. 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins dans lesquels : La FIG.1 est une illustration d'un appareil de prise de vue monté sur 10 un robot porteur au moyen d'un outillage. La FIG.2 est une vue en perspective d'un appareil de prise de vue monté sur un outillage, et du volume de netteté associé. La FIG.3 est une vue de côté d'un appareil de prise de vue monté sur un outillage, et du volume de netteté associé. 15 La FIG.4 est une vue en perspective d'un exemple de volume de netteté. La FIG.5 est une vue de coté de l'exemple de volume de netteté de la FIG.4. La FIG.6 est une vue en perspective d'un exemple de surface à 20 contrôler. La FIG.7 est une illustration de la surface de la FIG.7 après l'opération de pavage. La FIG.8 est une illustration du positionnement de l'appareil de prise de vue, pour chaque position d'un modèle unitaire du modèle virtuel 25 tridimensionnel du volume de netteté. La FIG.9 illustre un exemple de positionnement d'un modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté par rapport à une surface en fonction d'une distance. La FIG.10 illustre un exemple de positionnement d'un modèle 30 unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté par rapport à une surface en fonction d'un angle. La présente invention porte sur un procédé de contrôle d'une surface 1 d'intérêt d'une pièce 2 au moyen d'un appareil de prise de vue 3 monté sur un robot porteur 4. Le montage de l'appareil 3 sur le robot porteur 4 35 peut par exemple être réalisé au moyen d'un outillage 5 comme l'illustre la FIG.1. La pièce 2 peut par exemple être une pièce mécanique. 5 L'appareil 3 comprend un capteur et une optique associée à un centre optique C, à une ouverture angulaire et à une profondeur de champs PC et définissant un volume de netteté 6, comme l'illustre la FIG.3. 5 Ce procédé comprend les opérations de : - chargement, dans un environnement virtuel de conception (par exemple un environnement virtuel de dessin assisté par ordinateur), d'un modèle virtuel tridimensionnel de la surface 1 d'intérêt, comme l'illustre la FIG.6, 10 - génération, dans l'environnement virtuel, d'un modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6, comme l'illustre la FIG.2, - pavage, dans l'environnement virtuel, du modèle de la surface 1 d'intérêt au moyen d'une pluralité de modèles unitaires dudit modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6, comme 15 illustré dans la FIG.7, - pour chaque position desdits modèles unitaires du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6, calcul de la position correspondante, dite d'acquisition, de l'appareil de prise de vue 3. Pour chaque position desdits modèles unitaires, il est alors possible 20 de calculer de manière automatique des points de passage pour le robot, et par suite une trajectoire prédéfinie lui permettant de déplacer successivement l'appareil de prise de vue au niveau des points d'acquisition. Pour chaque position d'un modèle unitaire du modèle virtuel 25 tridimensionnel du volume de netteté 6, la position de l'axe optique de l'appareil 3 de prise de vue correspondante diffère. Sont représentés à titre d'exemples trois axes optiques, respectivement Y, Y' et Y" sur la FIG.7. Ils ne sont pas nécessairement parallèles entre eux car les modèles unitaires ne sont pas nécessairement orientés de la même 30 manière par rapport à la surface I. Selon un mode préféré de réalisation, la génération du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6 comprend les opérations de : - chargement, d'un modèle tridimensionnel de l'appareil 3, 35 génération d'une pyramide tronquée dont : o le sommet est le centre optique C de l'appareil 3, o l'ouverture angulaire est celle de l'optique, notée alpha, 6 o deux faces opposées définissent respectivement un premier plan net PPN et un dernier plan net DPN dont l'écartement correspond à la profondeur de champ PC de l'optique. On pourra se référer à la FIG.3 pour repérer les positions des 5 premier plan net PPN et dernier plan net DPN du volume de netteté 6. Les plans PPN et DPN sont situés de part et d'autre d'un plan L (appelé plan de mise au point) d'une distance de mise au point. Cette opération permet ainsi d'importer les caractéristiques géométriques de l'appareil 3 de prise de vue dans l'environnement virtuel. L'utilisation d'une pyramide 10 tronquée permet d'intégrer facilement les positions les premier plan net PPN et dernier plan net DPN, et l'ouverture angulaire de l'optique. L'ouverture angulaire est représentée sur la FIG.4 par un cône pyramidal à section rectangulaire, sur lequel on peut définir deux angles notés alpha1 et alpha2.L'angle alpha1 est défini par un premier triangle 15 comprenant un bord de la section rectangulaire et le centre optique C, l'angle alpha2 étant défini par un second triangle adjacent au premier triangle et comprenant un bord de la section rectangulaire et le centre optique C. Selon une caractéristique particulière, la surface 1 est située, lors 20 du pavage, entre le premier plan net PPN et le dernier plan net DPN de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6, comme illustré sur les FIG.9 et FIG.10. Cette configuration permet de garantir, pour chaque position d'acquisition correspondante de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de 25 netteté 6, la génération, par l'appareil de prise de vue 3, d'une image nette. Les caractéristiques géométriques de l'appareil de prise de vue 3 sont des données fournisseurs. On peut citer : - les dimensions en pixels d'une image fournie par l'appareil 3 : le 30 nombre nh de pixels horizontaux, le nombre 74 de pixels verticaux, - la distance p entre les centres de deux pixels adjacents sur le capteur, - la distance de mise au point I, - l'ouverture angulaire de l'optique. 35 La distance de mise au point I est définie par l'utilisateur. La géométrie du volume de netteté 6 peut être ajustée par un calcul permettant de gérer des zones de recouvrement 7. Chaque position d'un 7 modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6 sur la surface 1 correspond à une position de prise de vue. Ainsi, au cours de cette opération, la génération du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6 peut comprendre en outre une 5 opération de division du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6 en une zone de travail 8 strictement incluse dans celui-ci, et une zone périphérique 7 de recouvrement 7 entourant la zone de travail 8. Un exemple de volume de netteté 6 divisé en une zone de travail 8 et une zone de recouvrement 7 est illustré en FIG.4 et en FIG.5. Notez qu'il 10 s'agit là d'un exemple et que les zones de recouvrement peuvent avoir une géométrie et des dimensions différentes de celle représentée dans les FIG.4 et FIG.5. La géométrie et les dimensions de la zone de travail 8 sont régies par la géométrie du volume de netteté 6 généré et un paramètre portant 15 sur le pourcentage de recouvrement désiré dans chaque image. Ce paramètre peut être modulé par un opérateur. Cette étape de division permet de gérer facilement le niveau de recouvrement désiré entre deux acquisitions. Pour chaque type de capteur, des équations permettent de calculer 20 les dimensions de la zone de travail 8. A titre d'exemple les équations suivantes sont données pour des applications dans le domaine du visible et en particulier dans le cas de l'utilisation de capteurs argentiques. Le calcul de la zone de travail à une distance / de mise au point est 25 régie par les équations (1) et (2) qui permettent de calculer respectivement les champs de vision horizontal HFOV (« horizontal field of view » en anglais) et vertical VFOV (« vertical field of view » en anglais) en millimètres: HFOV =1 .1 avec th =. nh. p (1) 30 VFOV = .1 avec I, = n,. p (2) nh étant le nombre de pixels horizontaux, n, le nombre de pixels verticaux et p la distance entre les centres de deux pixels adjacents sur les images acquise. La profondeur de champs PC est la différence entre la distance de 35 C au dernier plan net DPN, notée [C,DPAI], et la distance de C au premier plan net PPN, notée [C,PPN], comme l'illustre l'équation (3) : 8 PC =[C,DPN]-[C,PPN] (3) Les équations permettant de déterminer les distances [C,DPN] et [C,PPN] varient en fonction du capteur. Par exemple pour un appareil argentique, ces distances sont calculées par les équations (4) et (5) dans 5 lesquelles D est la diagonale du capteur calculée par l'équation (6), c est le périmètre du cercle de confusion définie par l'équation (7), et H est la distance hyperfocale : [C,DPN]=-H.1 H-1 [C,PPN]=-H.1 H+1 10 D = (nit. P)2 + (nv. P)2 D C = 1730 H= N.c Les variables calculées par les équations (4) à (8) peuvent varier selon le type de capteur utilisé. Elles sont données ici à titre d'exemple. 15 Dans le cas où l'opérateur a sélectionné un pourcentage de recouvrement non nul, les positions du volume de netteté 6 sont définies de manière à se chevaucher deux à deux dans les zones de recouvrement 7 au cours de l'opération de pavage de la surface 1. Un exemple de chevauchement entre les volumes de netteté 6 est illustré dans la FIG.7. 20 L'utilisation d'un volume de netteté permet une maitrise de la zone de visualisation et facilite l'intégration de certaines contraintes telles que la distance entre l'appareil de prise de vue 3 et la surface 1, la normalité à la surface, le centrage sur un point particulier de la surface 1, la maitrise des zones de travail 8 et de recouvrement 7. 25 Selon une caractéristique particulière, la position de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6 est définie au moins par une distance d qui peut être la distance dl entre un point singulier P du modèle tridimensionnel de la surface 1 d'intérêt et sa projection orthogonale sur le plan PPN, comme représenté sur la 30 FIG.9. Cette distance peut également être la distance d2 entre ce point P et sa projection orthogonale sur le dernier plan DPN comme représenté sur la FIG.10. Selon un exemple de mode de réalisation, dans l'opération de pavage, la position de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté 6 peut également être définie, par 35 l'angle entre un axe X associé au modèle virtuel tridimensionnel du (4) (5) (6) (7) (8) 9 volume de netteté 6 et la normale N à la surface 1 d'intérêt au point d'intersection de l'axe X et de la surface I. Ce cas de figure est illustré par la FIG.10. Dans le cas particulier de la FIG.9, cet angle est nul car la normale N est confondue avec l'axe X. L'axe X peut par exemple être 5 un axe de symétrie du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté, comme illustré sur les FIG.9 et FIG.10. En effet il est essentiel de connaître cette orientation angulaire car la position et l'orientation REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'une surface (1) d'intérêt d'une pièce (2) au moyen d'un appareil (3) de prise de vue destiné à être monté sur un robot (4) porteur, l'appareil (3) comprenant un capteur et une optique associée à un centre optique (C), à une ouverture angulaire alpha et à une profondeur de champs (PC) et définissant un volume de netteté (6), ce procédé comprenant les opérations suivantes : - chargement, dans un environnement virtuel de conception, d'un modèle virtuel tridimensionnel de la surface (1) d'intérêt, - génération, dans l'environnement virtuel, d'un modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté (6), - pavage, dans l'environnement virtuel, du modèle de la surface (1) d'intérêt au moyen d'une pluralité de modèles unitaires dudit modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté (6), - pour chaque position desdits modèles unitaires (6), calcul de la position correspondante, dite d'acquisition, de l'appareil (3) de prise de vue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génération du modèle tridimensionnel du volume de netteté (6) comprend les opérations de : - chargement, dans l'environnement virtuel, d'un modèle tridimensionnel de l'appareil (3) et de son outillage (5), - génération d'une pyramide tronquée dont : o le sommet est le centre optique (C), o l'ouverture angulaire est celle de l'optique notée alpha, o deux faces opposées définissent respectivement un premier plan net (PPN) et un dernier plan net (DPN) dont l'écartement correspond à la profondeur de champ (PC) de l'optique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface (1) est située entre le premier plan net (PPN) et le dernier plan net (DPN) de chaque modèle unitaire de modèle de volume de netteté (6). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la génération du modèle virtuel tridimensionnel du volume de netteté (6) comprend une opération de division du modèle de volume de netteté (6) en une zone de travail (8) strictement incluse dans celui-ci, et une 11 zone périphérique (7) de recouvrement entourant la zone de travail (8) ; et en ce que dans l'opération de pavage, les modèles unitaires de modèle de volume de netteté (6) sont réparties de manière à se chevaucher deux à deux dans lesdites zones périphériques (7). 5 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'opération de pavage, la position de chaque modèle unitaire du modèle virtuel tridimensionnel de volume de netteté (6) est définie au moins par la distance d entre un point singulier P du modèle tridimensionnel de la surface (1) d'intérêt et sa 10 projection orthogonale sur un des plans (PPN) ou (DPN). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le point singulier P est le barycentre du modèle virtuel tridimensionnel de volume de netteté. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce que dans l'opération de pavage, la position de chaque modèle unitaire de volume de netteté (6) est définie par l'angle entre un axe X associé au modèle de volume de netteté et la normale N à la surface (1) d'intérêt au point d'intersection de l'axe X et de la surface (1). 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'axe X est un 20 axe de symétrie du modèle de volume de netteté (6).