Brevet FR3093183A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Procédé de détection d'une dégradation d'un pneumatique d'une roue. [0001] L'invention concerne le domaine des procédés de détection d'une dégradation d'un pneumatique d'une roue. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION [0002] Les pneumatiques des roues d'avion sont soumis à de très fortes contraintes, en par- ticulier au cours des phases de décollage et d'atten-issage. Au décollage, les pneumatiques subissent à la fois la charge de l'avion et la vitesse de décollage, et s'échauffent brièvement mais de manière importante. A l'atten-issage, au moment où les roues de l'avion touchent le sol, les pneumatiques passent en un temps très court d'une vitesse nulle à une vitesse très élevée. [0003] Ces phénomènes ont tendance à user les pneumatiques. Or, la détérioration d'un pneumatique peut provoquer un glissement excessif, une friction excessive, voire même un éclatement dudit pneumatique. Il est donc fondamental, pour des raisons de sécurité, de pouvoir estimer de manière précise et fiable l'usure des pneumatiques pour assurer qu'elle demeure à un niveau acceptable. 100041 Lorsque le niveau d'usure d'un pneumatique atteint un certain seuil, le pneumatique est renvoyé en usine pour être rechapé. Généralement, ce sont les fabricants de pneumatiques qui gèrent pour les compagnies aériennes l'approvisionnement et la maintenance des pneumatiques. Le nombre de pneumatiques utilisés par les compagnies aériennes est très élevé, de sorte qu'il est important, pour les fabricants de pneumatiques, que les pneumatiques soient retirés au bon moment, ni trop tôt, pour ne pas immobiliser inutilement des pneumatiques opérationnels, ni trop tard, pour que l'usure des pneumatiques ne devienne pas excessive. 100051 Ainsi, une estimation précise et fiable du niveau d'usure des pneumatiques est né- cessaire pour la sécurité de l'avion et est avantageuse d'un point de vue économique. 100061 Actuellement, deux méthodes principales sont utilisées par les opérateurs au sol pour évaluer l'usure d'un pneumatique. 100071 Une première méthode consiste à estimer visuellement le niveau d'usure et les dé- gradations du pneumatique. 100081 Une deuxième méthode consiste à réaliser manuellement des mesures de profondeur des sculptures et des témoins d'usure du pneumatique. 100091 Ces deux méthodes engendrent un grand nombre d'erreurs. Les estimations et les mesures réalisées sont subjectives et dépendent beaucoup de l'opérateur au sol qui les réalise. Il a donc été envisagé de faire faire ces mesures par plusieurs opérateurs au sol, 2 mais cette solution est coûteuse et fastidieuse. [0010] Par ailleurs, ces méthodes permettent uniquement de détecter un niveau d'usure né- cessitant un remplacement du pneumatique, mais ne permettent pas d'anticiper le remplacement dudit pneumatique. OBJET DE L'INVENTION [0011] L'invention a pour objet, d'une part, de détecter de manière fiable une dégradation d'un pneumatique (telle qu'une usure excessive), et d'autre part, d'améliorer la maintenance d'un grand nombre de pneumatiques. Résumé de l'invention [0012] En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de détection d'une dé- gradation d'un pneumatique réel d'une roue, comprenant les étapes de : [0013] - acquérir au moins un premier objet en trois dimensions représentatif d'une forme du pneumatique réel, en utilisant un appareil électronique comprenant au moins un capteur tridimensionnel, le premier objet en trois dimensions étant formé par un ensemble de points capturés ; 10014] - déterminer, à partir de l'ensemble de points capturés, une position du pneumatique réel ; 10015] - recaler le premier objet en trois dimensions par rapport à un pneumatique théorique, de dimensions et d'orientation connues, pour obtenir un deuxième objet en trois dimensions formant un pneumatique recalé ; 10016] - réaliser une transformation du deuxième objet en trois dimensions pour obtenir un ou plusieurs objets en deux dimensions ; 10017] - analyser le ou les objets en deux dimensions pour détecter la dégradation du pneumatique réel. 10018] Le procédé de détection selon l'invention permet donc de détecter une dégradation du pneumatique réel de manière automatique et donc objective et fiable. 10019] Le procédé de détection permet aussi d'acquérir et de conserver des données relatives à l'état d'un grand nombre de pneumatiques réels. L'acquisition des données est à la fois simple et rapide, puisqu'il suffit d'approcher l'appareil électronique du pneumatique réel pour réaliser la détection. 10020] Le procédé de détection permet donc de mettre en oeuvre des opérations de maintenance prédictive sur un très grand nombre de pneumatiques réels, et, en particulier, permet d'anticiper une dégradation et un remplacement des pneumatiques réels. 10021] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel la détermination de la position du pneumatique réel comprend les étapes, pour chaque point capturé, de définir un vecteur normal à une surface qui passe par ledit 3 point capturé, et d'estimer une position d'un point central du pneumatique réel à partir des vecteurs normaux. [0022] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'estimation de la position du point central est un processus itératif au cours duquel, à chaque itération, on supprime des points capturés qui n'appartiennent pas au pneumatique réel, on conserve des points capturés qui appartiennent au pneumatique réel, et on affine l'estimation de la position du point central en utilisant les vecteurs normaux des points capturés appartenant au pneumatique réel. [0023] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel la détermination de la position du pneumatique réel met en oeuvre une méthode de partitionnement de données pour distinguer des premiers points capturés appartenant au pneumatique réel et des deuxièmes points capturés appartenant au sol. [0024] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel le rccalage utilise un algorithme de recalage basé sur des transformations euclidiennes. [0025] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel le rccalage utilise en outre un algorithme ICP. [0026] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel la transformation comprend les étapes de couper le deuxième objet en trois dimensions selon des plans perpendiculaires à un axe de rotation du pneumatique recalé pour obtenir une pluralité de tranches en trois dimensions de faible épaisseur, et d'assimiler chaque tranche en trois dimensions à une tranche en deux dimensions d'épaisseur nulle, le ou les objets en deux dimensions comprenant les tranches en deux dimensions. [0027] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, comprenant les étapes de calculer, pour chaque tranche en deux dimensions, un rayon r (a) de la tranche en deux dimensions, qui est fonction d'un angle a. autour de l'axe de rotation du pneumatique recalé. [0028] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel on calcule, pour chaque tranche en deux dimensions, un rayon moyen de la tranche en deux dimensions, et dans lequel on étudie la variation du rayon moyen en fonction de i. [0029] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel on détecte, à partir de la variation du rayon moyen, une dégradation anormale qui est une usure asymétrique ou un aplatissement ou une bosse ou une crevasse ou la présence d'un corps étranger sur une bande de roulement du pneumatique réel. [0030] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel on détecte la position de rainures sur la bande de roulement et on évalue une profondeur de chaque rainure, la profondeur des rainures étant utilisée pour détecter une dégradation trop importante ou anormale, et la position des rainures étant utilisée pour localiser la dégradation trop importante ou anormale. [0031] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'appareil électronique comprend en outre un capteur photographique agencé pour acquérir une couleur associée à chaque point capturé, dans lequel la transformation est une projection en deux dimensions appliquée sur le deuxième objet en trois dimensions, et dans lequel le ou les objets en deux dimensions comprennent une image en deux dimensions d'une bande de roulement du pneumatique recalé obtenue par ladite projection en deux dimensions. [0032] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'analyse de l'image en deux dimensions comprend l'étape d'analyser une évolution d'un gradient de couleur de l'image en deux dimensions. [0033] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'analyse de l'évolution du gradient de couleur est utilisée pour détecter une dégradation anormale qui est une usure excessive conduisant à l'apparition d'une trame métallique du pneumatique réel, ou qui est un dégagement de chaleur ou une contamination. [0034] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'analyse de l'image en deux dimensions comprend l'étape d'appliquer sur l'image en deux dimensions une transformée de Hough. [0035] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel la transformée de Hough permet de détecter une dégradation anormale qui est un aplatissement ou une bosse ou une crevasse ou la présence d'un corps étranger sur la bande de roulement. [0036] On propose de plus un procédé de détection tel que celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'analyse de l'image en deux dimensions comprend l'étape de mettre en oeuvre un apprentissage basé sur des réseaux de neurones convolutifs. [0037] L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. Brève description des dessins [0038] Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : [0039] [fig.1] la figure 1 représente un premier objet en trois dimensions représentatif de la forme d'un pneumatique réel ; [0040] [fig.2] la figure 2 illustre, dans un repère en deux dimensions, une méthode utilisée pour estimer la position d'un point central du pneumatique réel ; [0041] [fig.3] la figure 3 représente des point capturés et une première estimation de la position du point central ; [0042] [fig.4] la figure 4 représente, sous la forme d'un histogramme, une répartition de distances entre les points capturés et la première estimation de la position du point central ; [0043] [fig.5] la figure 5 représente les point capturés et une estimation finale de la position du point central ; [0044] [fig.6] la figure 6 représente, sous la forme d'un histogramme, une répartition de distances entre les points capturés et l'estimation finale de la position du point central ; [0045] [fig.7] la figure 7 illustre la mise en oeuvre d'une méthode de partitionnement de données ; [0046] [fig.8] la figure 8 représente, avant recalage, le pneumatique réel et un pneumatique théorique ; [0047] [fig.9] la figure 9 représente, après recalage, un deuxième objet en trois dimensions obtenu par recalage du premier objet en trois dimensions et formant un pneumatique recalé ; [0048] [fig.10] la figure 10 représente des tranches en trois dimensions et des tranches en deux dimensions d'un pneumatique recalé ; [0049] [fig.11 ] la figure 11 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel, présentant une usure normale ; [0050] [fig.12] la figure 12 est un graphique comprenant une courbe représentant la variation, selon l'axe de rotation, du rayon moyen du pneumatique recalé correspondant au pneumatique réel de la figure 11 ; [0051] [fig.13] la figure 13 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel qui présente une usure asymétrique ; [0052] [fig.14] la figure 14 est un graphique comprenant une courbe représentant la variation, selon l'axe de rotation, du rayon moyen du pneumatique recalé correspondant au pneumatique réel de la figure 13 ; [0053] [fig.15] la figure 15 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel, sur laquelle des crevasses sont formées ; [0054] [fig.16] la figure 16 est un graphique comprenant une courbe représentant la variation, selon l'axe de rotation, du rayon moyen du pneumatique recalé correspondant au pneumatique réel de la figure 15 ; [0055] [fig.17] la figure 17 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel, qui présente un aplatissement ; [0056] [fig.18] la figure 18 est un graphique comprenant une courbe représentant la variation, selon l'axe de rotation, du rayon moyen du pneumatique recalé correspondant au pneumatique réel de la figure 17 ; [0057] [fig.19] la figure 19 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel, dans 6 laquelle un clou est enfoncé ; [0058] [fig.20] la figure 20 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel, dans laquelle un clou était enfoncé, puis est ressorti en laissant un trou ; [0059] [fig.21] la figure 21 est un graphique comprenant une courbe représentant la variation, selon l'axe de rotation, du rayon moyen du pneumatique recalé correspondant au pneumatique réel de la figure 20 ; [0060] [fig.22] la figure 22 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel, sur laquelle on voit deux rainures et un trou ; [0061] [fig.23] la figure 23 représente l'application d'une transformée de Hough sur une image en deux dimensions correspondant à la figure 22 ; [0062] [fig.24] la figure 24 représente la bande de roulement d'un pneumatique réel sur laquelle la trame métallique du pneumatique réel est apparente ; [0063] [fig.25] la figure 25 représente les gradients de couleur de la figure 24; [0064] [fig.26] la figure 26 représente l'application d'une transformée de Hough sur une image en deux dimensions issue d'un pneumatique réel ayant une bande roulement sur laquelle est formé un aplatissement ; [0065] [fig.27] la figure 27 représente une bande de roulement d'un pneumatique réel contaminé ; [0066] [fig.28] la figure 28 représente l'évolution du gradient de couleur d'une image en deux dimensions correspondant à un pneumatique réel non contaminé ; [0067] [fig.29] la figure 29 représente les gradients de couleur d'une image en deux di- mensions correspondant à un pneumatique réel contaminé ; [0068] [fig.30] la figure 30 représente la mise en oeuvre d'un filtre de détection de contours dans l'espace HSV, mis en oeuvre sur une image en deux dimensions obtenue à partir de la bande de roulement de la figure 19 ; [0069] [fig.31] la figure 31 représente des étapes d'un apprentissage basé sur des réseaux de neurones et mis en oeuvre sur des images en deux dimensions ; [0070] [fig.32] la figure 32 est une matrice de détection de contours. Description des modes de réalisation [0071] Le procédé de détection selon l'invention est ici mis en oeuvre pour détecter une dé- gradation d'un pneumatique réel d'une roue d'un avion. Par « pneumatique réel », on entend le véritable pneumatique monté sur la roue, et non un pneumatique « virtuel » comme le sont le pneumatique théorique et le pneumatique recalé dont on parlera plus bas. [0072] En référence à la figure 1, le procédé de détection comprend tout d'abord l'étape d'acquérir au moins un premier objet en trois dimensions 1, représentatif de la forme du pneumatique réel, en utilisant un appareil électronique comprenant un capteur tridi- 7 mensionnel et un capteur photographique. [0073] L'appareil électronique est par exemple un smarlphone qui est approché du pneumatique réel par un opérateur au sol. [0074] Le capteur tridimensionnel est par exemple une caméra stéréo adaptée à mettre en oeuvre une fonction de scanner en trois dimensions. Le premier objet en trois dimensions 1 est par exemple une image en trois dimensions. [0075] Le premier objet en trois dimensions 1 est formé par un ensemble de points capturés (ou « nuage » de points capturés). [0076] Le smariphone acquiert et enregistre le premier objet en trois dimensions I. [0077] On note que tout type de capteur tridimensionnel, permettant d'obtenir un objet en trois dimensions formés de points et représentatif de la forme du pneumatique réel, pourrait être utilisé. On note aussi que l'appareil électronique peut bien sûr ne pas être un smanphone. Une caméra 3D reliée à un ordinateur pourrait par exemple être utilisée. [0078] Le capteur photographique, quant à lui, permet d'acquérir une couleur associée à chaque point capturé. [0079] Chaque point capturé est composé de coordonnées cartésiennes en trois dimensions (x ; y ; z). Les points capturés représentent la partie scannée du pneumatique réel. [0080] L'enregistrement présente une densité de points capturés suffisamment élevée pour que l'on soit en mesure de réaliser des calculs précis à partir de ces points capturés. La densité est ici de 60 points capturés/cm2 en moyenne. [0081] On utilise pour ce qui suit un référentiel fixe, ici un système de coordonnées cy- lindriques, dans lequel on impose que Faxe de rotation du pneumatique réel corresponde à une droite de coordonnées : [0082] ; E ; z) = (0 ; (J ; z) [0083] On détermine, à partir de l'ensemble de points capturés, une position du pneumatique réel. La position du pneumatique réel va permettre d'extraire le pneumatique réel du premier objet en trois dimensions 1, et donc de supprimer du premier objet en trois dimensions 1 l'environnement du pneumatique réel. L'environnement comprend en particulier le sol sur lequel le pneumatique réel repose. [0084] Dans un premier mode de réalisation, la position du pneumatique réel est définie à partir d'une estimation de la position d'un point central du pneumatique réel. Le point central du pneumatique réel est un point situé « au centre » du pneumatique réel. Le point central est situé à l'intersection de l'axe de rotation du pneumatique réel et d'un plan de symétrie du pneumatique réel perpendiculaire à l'axe de rotation. [0085] L'estimation de la position du point central est réalisée de la manière suivante. [0086] Les points capturés de l'enregistrement sont situés sur une surface du pneumatique réel ou bien sur une surface du sol. Chaque point capturé forme donc un sommet po- 8 sitionné sur une surface. L'enregistrement fourni par le capteur tridimensionnel produit les coordonnées (x ; y ; z) de chaque sommet dans un repère cartésien à taille réel. Le centre de ce repère cartésien est déterminé par le capteur tridimensionnel. [0087] Pour simplifier les calculs, les points capturés, ou sommets, sont normés en [0 ; 1] pour avoir un référentiel intrinsèque aux données. On conserve ainsi une échelle commune pour tous les points capturés, et on facilite la définition de normes utilisées dans les calculs qui suivent. [0088] Pour produire des sommets normés, on réalise le calcul suivant : [0089] Pnorm := (P-min(P))/Imax(P)I, [0090] où : [0091] - Pnorrn est l'ensemble des sommets normés de coordonnées (xpnorm ; ypnorm ; zpnorm), qui sont normés en [0 ; 1] ; [0092] - P est l'ensemble des sommets non normés, de coordonnées (xp ; yp ; zp) ; [0093] - min(P) est la valeur minimale de xp ; yp ; zp ; [0094] - tnax(P) est la valeur maximale de xp ; yp ; zp. [0095] Le capteur tridimensionnel permet également de déterminer les vecteurs normaux à la surface (du pneumatique réel ou du sol) en chaque sommet. Chaque vecteur normal a une norme égale à 1. [0096] On utilise les sommets normés ainsi que les vecteurs normaux pour évaluer la position du point central. [0097] En référence à la figure 2, le cercle 2 est une approximation d'une vue en coupe, dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du pneumatique réel, de la bande de roulement du pneumatique réel. Le cercle 2 délimite donc la surface du pneumatique réel au niveau de la bande de roulement. Le cercle 2 a un centre 3. [0098] De même, les lignes 4 délimitent la surface du sol. [0099] Chaque vecteur normal ni à la surface du pneumatique réel, qui passe par un point capturé Pi situé sur le cercle 2, pointe par définition vers l'opposé du centre 3 dudit cercle 2. L'opposé du vecteur normal -ni pointe donc vers le centre 3 du cercle 2, qui est une estimation de la position du point central. [0100] Par contre, les vecteurs normaux à la surface du sol, qui passent par des points capturés Pi situés sur les lignes 4, pointent dans des directions différentes. [0101] On calcule donc la position Pi-ni/2 pour chaque point capturé Pi. [0102] Ces positions sont comprises dans une première zone 5 proche du point central 3 pour les points capturés Pi qui sont situés sur la bande de roulement (c'est-à-dire sur le cercle 2 de la figure 2) et qui sont largement majoritaires. [0103] Pour les points capturés « parasites » Pi appartenant au sol sur lequel repose le pneumatique réel, ces positions sont comprises dans une deuxième zone 6 éloignée du point central 3. 9 [0104] On estime la position du point central en utilisant un processus itératif au cours duquel, à chaque itération, on supprime des points capturés qui n'appartiennent pas au pneumatique réel (et qui comprennent donc les points capturés appartenant au sol), on conserve les points capturés qui appartiennent au pneumatique réel, et on affine l'estimation de la position du point central en utilisant les vecteurs normaux des points capturés appartenant au pneumatique réel. [0105] En référence à la figure 3, on obtient une première estimation Pei de la position du point central à partir des vecteurs normaux : [0106] ( [0107] où N,',;'' est le nombre de points capturés considérés. [0108] On calcule alors les distances entre chacun des points capturés et la première es- timation Pci de la position du point central. [0109] En supposant que l'opérateur au sol, en utilisant le smartphone, acquiert princi- palement le pneumatique réel, et que le pneumatique réel présente une forme sphérique, on obtient une concentration de points capturés sur un rayon donné. [0110] Ceci est bien visible sur la figure 4. Le pic de la portion d'histogramme 7 correspond à la bande de roulement du pneumatique réel, alors que la portion d'histogramme 8 correspond à l'environnement du pneumatique réel et en particulier aux points capturés situés sur le sol. [0111] On supprime alors les points capturés qui n'appartiennent pas au pic de la portion d'histogramme?, et on effectue un nouveau calcul du point central. On limite de la sorte l'ensemble de points capturés à une zone englobant le rayon ayant la plus grande fréquence d'apparition. [0112] On obtient alors une deuxième estimation de la position du point central PC, [0113] On réitère ce processus jusqu'à obtenir la relation suivante entre l'estimation courante Pc, de la position du point central et l'estimation Pc'_, obtenue à l'itération précédente : 101141 IIPCnPCrniII