FR2634279A1 - Device for three-dimensional measurement (tracing) - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de relevé tridimensionnel, utilisable notannent pour 1e contrôle des tuyauteries. The present invention relates to a three-dimensional reading device, usable in particular for the control of pipes.
On sait que les caractéristiqu < - des tubes, tant dimensionnelles que mécaniques, ne sont généralement connues qu r avec une relativement grande imprécision. We know that the characteristics of tubes, both dimensional and mechanical, are generally known only with relatively great imprecision.
I1 en résulte de-fortes tolérances après formage de ces tubes, par exemple sur une machine à cintrer. I1 results in high tolerances after forming these tubes, for example on a bending machine.
Si de telles tolérances sont sans grande importance dans un certain nombre d'applications, il en va différemment lorsque l'on doit installer une grande quantité de tuyauteries dans un espace restreint. Une telle densité se rencontre par exemple dans les sous-marins ou dans les centrales nucléaires. If such tolerances are of little importance in a certain number of applications, it is different when one has to install a large quantity of pipes in a limited space. Such density is encountered, for example, in submarines or in nuclear power plants.
Il est donc important dans ces cas de pouvoir contrôler a posteriori les caractéristiques dimensionnelles des tubes après leur formage et leur installation. It is therefore important in these cases to be able to control a posteriori the dimensional characteristics of the tubes after their forming and installation.
Jusqu'à présent, le contrôle des tuyauteries a été essentiellement assuré à l'aide d'instruments de mesure traditionnels ne donnar.t que des résultats très approximatifs. Until now, the control of the pipes has been mainly ensured using traditional measuring instruments, which only give very approximate results.
Il existe par ailleurs des machines de contrôle tridimensionnel, mais elles sont en fait constituées par des bancs de mesure, et ne peuvent donc pas etre utilisées pour des contrôles a posteriori d'installations déjà montées. There are also three-dimensional control machines, but they are in fact constituted by measuring benches, and therefore cannot be used for a posteriori controls of already assembled installations.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un dispositif simple permettant d'effectuer des relevés tridimensionnels de pièces telles que des tuyauteries, dans un environnement exigu où les possibilités de recul sont très faibles. The present invention aims to overcome these drawbacks by providing a simple device for performing three-dimensional surveys of parts such as pipes, in a cramped environment where the possibilities of reversing are very low.
A cet effet, l'invention- a pour objet un dispositif de relevé tridimensionnel, caractérisé par le fait qu'il comprend un ensemble de tiges articulées les unes à la suite des autres, une des extrémités dudit ensemble de tiges étant montée sur un socle et l'autre extrémité étant munie d'une tête de mesure, chaque articulation comprenant des moyens de mesure pour déterminer la direction relative des deux tiges adjacentes à cette articulation ; et des moyens de calcul pour calculer les coordonnées de la tête de mesure dans un repère lié au socle à partir des indications fournies par lesdits moyens de mesure. To this end, the invention- relates to a three-dimensional lifting device, characterized in that it comprises a set of rods hinged one after the other, one end of said set of rods being mounted on a base and the other end being provided with a measuring head, each articulation comprising measuring means for determining the relative direction of the two rods adjacent to this articulation; and calculating means for calculating the coordinates of the measuring head in a frame linked to the base from the indications provided by said measuring means.
Les moyens de mesure permettent par conséquent de connattre à chaque instant la position relative des deux tiges aboutissant à chaque articulation. I1 est donc possible d'en déduire .de proche en proche, par un calcul simple, la position de la tete de mesure dans un repère lié au socle. The measuring means therefore make it possible to know at all times the relative position of the two rods leading to each articulation. It is therefore possible to deduce from it, step by step, by a simple calculation, the position of the measuring head in a frame linked to the base.
Cette information peut être stockée pour un usage ultérieur. Par exemple, dans le cas dc relevé d'un segment de tuyauterie, on relèvera'un certain nombre de points de la surface extérieure de ce segment et on en déduira les paramètres de la fibre neutre dans le repère lié au socle. This information can be stored for future use. For example, in the case of reading a segment of piping, a certain number of points will be taken from the external surface of this segment and the parameters of the neutral fiber will be deduced therefrom in the reference frame linked to the base.
Le nombre de tiges est quelconque mais il est apparu opportun d'en prévoir au moins quatre. Ce nombre est bien entendu fonction du type des articulations qui relient les tiges. Plus le degré de liberté de cette articulation est grand et plus le nombre minimal de tiges est faible. The number of stems is arbitrary but it seemed appropriate to provide at least four. This number is of course a function of the type of joints which connect the rods. The greater the degree of freedom of this joint, the lower the minimum number of rods.
Augmenter le nombre des tiges augmente par ailleurs les facilités d'accès au point à relever, mais conduit par contre à augmenter l'imprécision de la mesure. Le nombre de tiges dépendra enfin également du rayon maximal que l'on souhaite explorer autour du socle et de la longueur maximale des tiges admissible pour la maniabilité du dispositif.Increasing the number of rods also increases the ease of access to the point to be surveyed, but on the other hand leads to increasing the inaccuracy of the measurement. The number of rods will finally also depend on the maximum radius that one wishes to explore around the base and on the maximum length of the rods admissible for the maneuverability of the device.
Les tiges doivent par ailleurs être réalisées les plus légères possibles, par exemple en fibres de carbone, puisque la source d'énergie utilisée pour déplacer la tête de mesure est l'utilisateur. The rods must also be made as light as possible, for example from carbon fibers, since the energy source used to move the measuring head is the user.
Les moyens de mesure utilisés peuvent être des capteurs angulaires, de sorte que lorsque les articulations sont du type cardan, elles comprennent deux capteurs. The measuring means used can be angular sensors, so that when the joints are of the gimbal type, they comprise two sensors.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la tête de mesure comprend un contacteur pour déclencher la mesure lorsqu'il est enfoncé. In a preferred embodiment of the invention, the measuring head comprises a contactor for triggering the measurement when it is pressed.
Il suffit par conséquent à l'utilisateur pour relever un point, d'appuyer légèrement la tête de mesure sur ce point pour que la mesure s' effectue automatiquement. It is therefore sufficient for the user to raise a point, to press the measuring head lightly on this point so that the measurement is carried out automatically.
De préférence, le dispositif selon l'invention comprend également un bottier portable comportant au moins un contacteur d'initialisation des mesures. Preferably, the device according to the invention also comprises a portable case comprising at least one contactor for initializing the measurements.
Un tel bottier rend le dispositif utilisable par un seul utilisateur, puisqu'il ne lui est pas nécessaire ainsi de revenir vers le calculateur chaque fois qu'il souhaite entreprendre une nouvelle série de mesures. Such a case makes the device usable by a single user, since it is not thus necessary for him to return to the computer each time he wishes to undertake a new series of measurements.
On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure l est une vue d'ensemble. d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe d'une articulation,
- la figure 3 est une vue en coupe de la tête de mesure, et
- la figure 4 est un organSgramme du processus de mesure. A particular embodiment of the invention will now be described by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which
- Figure l is an overview. of a device according to the invention,
FIG. 2 is a sectional view of a joint,
FIG. 3 is a sectional view of the measuring head, and
- Figure 4 is an organSgram of the measurement process.
Le dispositif comprend un ensemble de tiges 1 reliées par des articulations 2. Un dispositif à troi tiges a été représenté à titre d'exemple, mais il a déjà été vu ci-desus qu'un nombre de tiges supérieur est généralement préférable. The device comprises a set of rods 1 connected by articulations 2. A device with three rods has been shown by way of example, but it has already been seen above that a higher number of rods is generally preferable.
L'une des tiges d'extrémité est reliée à son extrémité libre à un socle 3 par une articulation 4, et l'autre tige d'extrémité porte à son extrémité libre une tête de mesure 5 à laquelle elle est reliée par une articulation 6. One of the end rods is connected at its free end to a base 3 by a hinge 4, and the other end rod carries at its free end a measuring head 5 to which it is connected by a hinge 6 .
Dans le cas présent, les articulations 2, 4 et 6 sont identiques. In the present case, the joints 2, 4 and 6 are identical.
Le socle 3 est essentiellement constitué d'un micro-ordinateur, et comporte éventuellement en outre un lest permettant à l'utilisateur de déplacer la tête de mesure 5 sans risquer de déplacer le socle. The base 3 essentially consists of a microcomputer, and optionally further comprises a ballast allowing the user to move the measuring head 5 without risking moving the base.
Le micro-ordinateur est par ailleurs relié par un câble souple 7 à un bottier de commande 8 portable, pouvant être par exemple installé à la ceinture de l'utilisateur. The microcomputer is also connected by a flexible cable 7 to a portable control box 8, which can for example be installed on the user's belt.
La tette de mesure 5 comprend enfin une poignée 9 permettant de la tenir de façon confortable. The measuring head 5 finally comprises a handle 9 allowing it to be held comfortably.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, on voit que chaque articulation est composée pour l'essentiel de deux bâtis de montage 10 recevant chacun une extrémité d'un tube 1 et reliés chacun, de façon pivotante autour d'un axe 11, à un coude 12. La liaison entre chaque bâti de montage et le coude est réalisée par l'intermédiaire de roulements à bille 13 pour permettre un fonctionnement régulier et précis des articulations. Referring now to FIG. 2, it can be seen that each articulation is essentially composed of two mounting frames 10 each receiving one end of a tube 1 and each connected, so as to pivot around an axis 11, at an elbow 12. The connection between each mounting frame and the elbow is made by means of ball bearings 13 to allow regular and precise operation of the joints.
Par ailleurs, un capteur angulaire 14 est monté sur chaque axe il pour mesurer, à partir d'une origine quelconque, l'angle A formé entre le coude 12 et le bâti 10 respectif. Furthermore, an angular sensor 14 is mounted on each axis 11 to measure, from any origin, the angle A formed between the elbow 12 and the respective frame 10.
Chaque articulation se comporte ainsi comme une rotule, les deux angles A permettant de déterminer les paramètres de l'axe d'une tige connaissant les paramètres de l'autre tige aboutissant à cette articulation. Each joint thus behaves like a ball joint, the two angles A making it possible to determine the parameters of the axis of a rod knowing the parameters of the other rod leading to this joint.
Plus précisément, connaissant la position du socle 3, les angles A de l'articulation 4 et la longueur de la première tige 1, on peut en déduire très simplement les coordonnées de l'extrémité de cette première tige. Puis connaissant les paramètres de la première tige, les coordonnées de la première articulation 2 et les deux angles A de cette première articulation, on peut en déduire de la même manière, les paramètres de la deuxième tige et les coordonnées de son extrémité. More precisely, knowing the position of the base 3, the angles A of the joint 4 and the length of the first rod 1, it is very easy to deduce therefrom the coordinates of the end of this first rod. Then knowing the parameters of the first rod, the coordinates of the first articulation 2 and the two angles A of this first articulation, we can deduce in the same way, the parameters of the second rod and the coordinates of its end.
On peut ainsi de proche en proche. connaître les coordonnées de la pointe de la tête de mesure 5. We can thus step by step. know the coordinates of the tip of the measuring head 5.
Si l'on se reporte maintenant à la figure 3, on voit que cette pointe de la tête de mesure 5 comprend un contacteur 15 actionné par une pointe de mesure 16 qui peut être enfoncée contre l'action d'un ressort hélicoïdal 17. Referring now to FIG. 3, it can be seen that this tip of the measuring head 5 comprises a contactor 15 actuated by a measuring tip 16 which can be pressed against the action of a helical spring 17.
Pour déclencher une mesure, l'utilisateur appuie légèrement la pointe de mesure 16 sur le point à relever, provoquant ainsi l'enfoncement de cette pointe et l'enclenchement du contacteur 15. To trigger a measurement, the user slightly presses the measuring tip 16 on the point to be raised, thus causing this tip to sink and the contactor 15 to engage.
Un signal est alors envoyé au micro-ordinateur 3 qui enregistre les angles mesurés par les capteurs angulaires 14 et en déduit, comme cela a été vu précédemment, les coordonnées du point relevé. A signal is then sent to the microcomputer 3 which records the angles measured by the angular sensors 14 and deduces therefrom, as has been seen previously, the coordinates of the point raised.
Bien entendu, le contacteur 15, de même que chaque capteur angulaire 14, est relié au micro-ordinateur 3 par des liaisons électriques non représentées. Of course, the contactor 15, as well as each angular sensor 14, is connected to the microcomputer 3 by electrical connections not shown.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 4, on voit en 18 l'initialisation du système réalisée généralement lors de la mise sous tension du micro-ordinateur 3. La référence 19 désigne l'initialisation d'une tâche qui peut, par exemple, consister à effectuer le relevé d'une tuyauterie complexe composée de segments rectilignes reliés par des coudes. If we now refer to FIG. 4, we see at 18 the initialization of the system generally carried out when the microcomputer 3 is powered up. The reference 19 designates the initialization of a task which can, for example example, consist in taking the survey of a complex piping made up of rectilinear segments connected by elbows.
La référence 20 désigne l'initialisation du relevé d'un tel segment rectiligne, et la référence 21. la mesure d'un point telle qu'elle a été décrite ci-dessus. The reference 20 designates the initialization of the reading of such a rectilinear segment, and the reference 21. the measurement of a point as it has been described above.
Un certain nombre de mesures ponctuelles sont ainsi réalisées, après quoi un programme chargé dans le micro-ordinateur 3 extrait en 22, des coordonnées des points ainsi relevés, les éléments significatifs de la surface relevée, en particulier les paramètres de la fibre neutre dans le cas d'un segment rectiligne de tuyauterie. A certain number of point measurements are thus carried out, after which a program loaded into the microcomputer 3 extracts at 22, the coordinates of the points thus noted, the significant elements of the measured surface, in particular the parameters of the neutral fiber in the case of a straight segment of piping.
Un test de cohérence des points relevés est effectué en 23, de manière à faire connaltre à l'utilisateur qu'une erreur de mesure s' est éventuellement produite et qu'il doit par conséquent relever de nouveau le même segment. A consistency test of the points noted is carried out at 23, so as to make the user know that a measurement error has possibly occurred and that he must therefore read the same segment again.
Enfin, un test 24 permet d'initialiser une nouvelle tâche. Finally, a test 24 makes it possible to initialize a new task.
Les initialisations de tâches 19 et de segments 20, ainsi qu'un test éventuel 25 de fin de relevé d'un segment, peuvent être réalisées à l'aide de contacteurs montés sur le boltier 3, évitant ainsi à l'utilisateur de retourner vers le micro-ordinateur 3 à chaque fin de segment ou à chaque fin de tâche. The initializations of tasks 19 and of segments 20, as well as a possible test 25 of end of reading of a segment, can be carried out using contactors mounted on the boltier 3, thus avoiding the user to return to the microcomputer 3 at the end of each segment or at the end of each task.
Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. Various variants and modifications can of course be made to the above description without departing from the scope or the spirit of the invention.
Claims (5)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |