FR2735860A1 - Object sections acquisition and numbering method in two or three dimensions - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé d'acquisition et de numérisation de sections d'objets en deux ou trois dimensions. The invention relates to a method of acquiring and digitizing sections of objects in two or three dimensions.
L'invention concerne également un système multicapteur de mise en oeuvre d'un tel procédé. The invention also relates to a multisensor system for implementing such a method.
De nombreux systèmes de capteurs optiques sont connus. Notamment, le brevet français publié sous le numéro FR-B-2 685 764, déposé au nom de la
Demanderesse et intitulé "Capteur optique compact et à haute résolution pour l'analyse de formes tridimensionnelles", divulgue un système permettant l'acquisition et la numérisation, en trois dimensions de la forme de pièces gauches.Many optical sensor systems are known. In particular, the French patent published under the number FR-B-2 685 764, filed in the name of the
Applicant and entitled "Compact and high resolution optical sensor for the analysis of three-dimensional shapes", discloses a system for the acquisition and digitization, in three dimensions of the shape of left pieces.
Pour ce faire, le système comporte un capteur optique avec une source de rayonnement laser et une ou plusieurs caméras analysant la trace formée par le faisceau laser sur l'objet à étudier.To do this, the system includes an optical sensor with a source of laser radiation and one or more cameras analyzing the trace formed by the laser beam on the object to be studied.
Plus précisément, le système engendre un "plan laser", c'est-à-dire un faisceau lamellaire sectoral de très faible épaisseur, mais dont la largeur lui permet de couvrir tout ou partie de l'objet à analyser, avec les caméras précitées regardant le plan sous des incidences différentes. Pour effectuer l'acquisition et la numérisation de la surface d'un objet, il est nécessaire de procéder à un balayage de la pièce par le plan laser. On réalise ainsi l'acquisition progressive, dans les trois dimensions, de la surface de la pièce. Le balayage peut être réalisé aussi bien par pivotement que par translation du capteur par rapport à la pièce. On peut également obtenir le balayage en maintenant le capteur fixe et en déplaçant la pièce par rapport à ce dernier. More precisely, the system generates a "laser plane", that is to say a sectoral lamellar beam of very small thickness, but the width of which allows it to cover all or part of the object to be analyzed, with the aforementioned cameras. looking at the plan from different angles. To acquire and digitize the surface of an object, it is necessary to scan the part using the laser plane. This achieves the progressive acquisition, in three dimensions, of the surface of the room. The scanning can be carried out both by pivoting and by translation of the sensor relative to the part. Sweeping can also be achieved by holding the sensor stationary and moving the workpiece relative to the latter.
Ce brevet divulgue également des dispositions propres à miniaturiser la structure de capteur, notamment en repliant le faisceau laser. Cette disposition autorise notamment la mise en oeuvre du capteur dans un espace très réduit, pour des pièces de petites dimensions, avec une grande précision dans un champ réduit. This patent also discloses provisions suitable for miniaturizing the sensor structure, in particular by folding the laser beam. This arrangement allows in particular the implementation of the sensor in a very small space, for small parts, with great precision in a reduced field.
Ce type de capteur remplit donc parfaitement les fonctions qui lui sont assignées dans ce contexte. This type of sensor therefore perfectly fulfills the functions assigned to it in this context.
Or, avec un seul capteur, il n'est pas possible d'extraire une section complète d'un objet en trois dimensions. Or un tel besoin se fait sentir dans de nombreux domaines. On peut citer, de façon non limitative, le contrôle 2D en continu de profilés en sortie d'extrudeuse ou de laminoir. However, with a single sensor, it is not possible to extract a complete section of a three-dimensional object. However, such a need is felt in many areas. We can cite, without limitation, 2D continuous control of profiles at the extruder or rolling mill outlet.
On peut naturellement penser faire effectuer un tour complet au capteur autour de l'objet. Cependant cette solution présente des inconvénients. De façon pratique, il est nécessaire de mettre en oeuvre un dispositif mécanique très lourd. One can naturally think of having the sensor make a full turn around the object. However, this solution has drawbacks. In practice, it is necessary to use a very heavy mechanical device.
Par ailleurs, le capteur est relié, au moins par un câble, à des organes de commande et d'exploitation des signaux représentant les grandeurs acquises et numérisées : par exemple un ensemble classique de traitement numérique de signal, de mémorisation et de visualisation. On ne peut donc indéfiniment tourner autour de l'objet. Il est nécessaire d'effectuer l'opération inverse de retour à l'état initial ou état de repos.Furthermore, the sensor is connected, at least by a cable, to organs for controlling and processing the signals representing the acquired and digitized quantities: for example a conventional set of digital signal processing, storage and display. So you can't go around the object indefinitely. It is necessary to carry out the reverse operation of returning to the initial state or the rest state.
Pendant cette opération, il faut donc "dénouer" le câble de liaison, ce qui peut s'avérer délicat. Dans tous les cas, le système manque de souplesse.During this operation, it is therefore necessary to "untie" the connecting cable, which can be tricky. In all cases, the system lacks flexibility.
Pour pallier cet inconvénient, on peut penser mettre en oeuvre un contact tournant. Ce dispositif augmente le prix de revient de l'appareil et diminue sensiblement la fiabilité du fonctionnement. To overcome this drawback, one can think of implementing a rotating contact. This device increases the cost price of the device and significantly reduces the reliability of the operation.
Enfin, un problème supplémentaire se pose pour l'acquisition et la numérisation de la section d'objets défilants. C'est précisément le cas d'un objet extrudé défilant avec une vitesse donnée. Le système, tel que décrit ci-dessus, devrait non seulement tourner autour de l'axe de défilement, mais aussi "suivre"
L'objet pour qu'il soit possible de reconstituer une section. En d'autres termes le mouvement du capteur est un mouvement complexe de type hélicoïdal, en admettant que la vitesse soit constante. Dans le cas contraire, il serait en outre nécessaire d'asservir la composante linéaire du mouvement du capteur aux fluctuations de vitesse de l'objet défilant. Dans l'état actuel des technologies, cette solution ne saurait constituer une solution industriellement viable.Finally, an additional problem arises for the acquisition and digitization of the section of moving objects. This is precisely the case of an extruded object scrolling with a given speed. The system, as described above, should not only rotate around the scroll axis, but also "follow"
The object so that it is possible to reconstruct a section. In other words, the movement of the sensor is a complex movement of the helical type, assuming that the speed is constant. Otherwise, it would also be necessary to control the linear component of the movement of the sensor to the speed fluctuations of the moving object. In the current state of technology, this solution cannot constitute an industrially viable solution.
I1 en est de même pour les applications pour lesquelles l'objet est animé de soubresauts. On peut citer, par exemple, I'acquisition de la section d'un membre d'une personne, tel qu'un pied. It is the same for applications for which the object is animated by jolts. One can quote, for example, the acquisition of the section of a member of a person, such as a foot.
C'est aussi le cas d'applications relatives à l'analyse vibratoire, pour lesquelles l'objet et animé d'oscillation de fréquence, éventuellement variable, égale à quelques dizaines de Hertz. This is also the case for applications relating to vibration analysis, for which the object is driven by an oscillation of frequency, possibly variable, equal to a few tens of Hertz.
Dans ce dernier cas un procédé photographique permettrait d'obtenir une image, mais celle-ci ne serait pas suffisamment précise et ne fournirait pas de données directement exploitables par un procédé informatique (coordonnées tridimensionnelles). In the latter case a photographic process would make it possible to obtain an image, but this would not be sufficiently precise and would not provide data directly usable by a computer process (three-dimensional coordinates).
Un procédé monocapteur ne permettrait pas quant à lui, d'obtenir une section complète, notamment quand l'objet est animé d'une vibration de fréquence variable qui exclut un déplacement relatif du capteur par rapport à l'objet pour compléter la numérisation : il est nécessaire de saisir la section complète à un même instant. A single-sensor process would not make it possible to obtain a complete section, in particular when the object is animated by a vibration of variable frequency which excludes a relative displacement of the sensor relative to the object to complete the digitization: it is necessary to enter the entire section at the same time.
La nécessité de vitesse impose des numérisations en une seule fois, ce qui exclut plusieurs passes de numérisation. The need for speed requires scans at one time, which excludes several scanning passes.
En outre, dans le cas de mesures à effectuer sur des membres vivants, on peut estimer que 1"'objet" à mesurer est relativement mou, or la saisie de corps mou dans un délai acceptable (de l'ordre d'une quinzaine de secondes) nécessite aussi des saisies de sections complètes en un seul passage. In addition, in the case of measurements to be made on living limbs, it can be estimated that the "object" to be measured is relatively soft, or the seizure of soft bodies within an acceptable time (of the order of fifteen seconds) also requires entering complete sections in a single pass.
Pour toutes ces applications, il est impossible d'utiliser un système d'acquisition et de numérisation classique. For all these applications, it is impossible to use a conventional acquisition and digitization system.
L'invention vise, tout à la fois, à pallier les inconvénients des dispositifs de l'Art Connu, dont certains viennent d'être rappelés, et à satisfaire les besoins qui se font sentir. The invention aims, at the same time, to overcome the drawbacks of known art devices, some of which have just been mentioned, and to satisfy the needs which are felt.
Pour ce faire, dans une variante préférée de l'invention, il est prévu d'entourer la pièce à étudier par plusieurs capteurs pour constituer des sections complètes de celle-ci en un seul passage, c'est-à-dire
- générer, par plusieurs capteurs, un plan laser unique entourant complètement la pièce, de manière que les caméras associées aux capteurs ne soient pas amenées à voir différents plans laser émis par différents capteurs dans les zones de recouvrement;
- procéder aux relevés vus par chaque capteur, de manière synchronisée, afin d'obtenir des portions de sections homogènes, prises dans un même plan pour tous les capteurs lors de chaque relevé;
- et regrouper les différentes données obtenues à partir des différentes caméras dans un référentiel absolu unique, pour obtenir à partir de chaque plan de mesure l'image tridimensionnelle recherchée.To do this, in a preferred variant of the invention, it is planned to surround the part to be studied by several sensors to constitute complete sections of the latter in a single pass, that is to say
- generate, by several sensors, a single laser plane completely surrounding the part, so that the cameras associated with the sensors are not led to see different laser planes emitted by different sensors in the overlap areas;
- carry out the readings seen by each sensor, in a synchronized manner, in order to obtain portions of homogeneous sections, taken in the same plane for all the sensors during each reading;
- and group the different data obtained from the different cameras in a single absolute frame of reference, to obtain from each measurement plane the three-dimensional image sought.
L'invention a donc pour objet un procédé d'acquisition et de numérisation de sections d'un objet en deux ou trois dimensions, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes:
- génération, par au moins deux capteurs optiques, de faisceaux formant un plan laser unique entourant ledit objet, chaque capteur comprenant au moins une caméra observant ledit objet;
- acquisition de données constituant des relevés de parties déterminées dudit objet vues par chaque capteur, de manière synchronisée, afin d'obtenir des portions de sections homogènes, prises dans un même plan de mesure pour tous les capteurs lors de chaque relevé;
- et regroupement des différentes données obtenues à partir des différentes caméras dans un référentiel absolu unique, de manière à réaliser ladite acquisition et numérisation de tout ou partie d'une section dudit objet.The subject of the invention is therefore a method of acquiring and digitizing sections of an object in two or three dimensions, characterized in that it comprises at least the following steps:
- Generation, by at least two optical sensors, of beams forming a single laser plane surrounding said object, each sensor comprising at least one camera observing said object;
- acquisition of data constituting readings of determined parts of said object seen by each sensor, in a synchronized manner, in order to obtain portions of homogeneous sections, taken in the same measurement plane for all the sensors during each reading;
- And regrouping of the different data obtained from the different cameras in a single absolute repository, so as to carry out said acquisition and digitization of all or part of a section of said object.
L'invention a encore pour objet un système pour la mise en oeuvre de ce procédé. The invention also relates to a system for implementing this method.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, et parmi lesquelles
- La figure 1 illustre schématiquement l'acquisition et la numérisation d'une section d'un objet défilant, dans l'exemple du contrôle du profil d'un joint de caoutchouc chaud en sortie d'extrudeuse;
- La figure 2 illustre schématiquement l'acquisition et la numérisation des sections successives d'un pied humain;
- Les figure 3a et 3b illustrent schématiquement l'erreur liée au déplacement de la pièce pendant la saisie de l'image, lors de la numérisation de pièces en vibration par un système multicapteurs selon l'une des applications de l'invention;
- La figure 4a illustre une mire d'étalonnage du système multicapteur selon l'invention;;
- La figure 4b illustre un détail de cette mire d'étalonnage;
- La figure 5 illustre un outil de réglage du plan laser de chacune des sources laser du système multicapteur selon l'invention.The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear on reading the description which follows with reference to the appended figures, and among which
- Figure 1 schematically illustrates the acquisition and digitization of a section of a moving object, in the example of checking the profile of a hot rubber seal at the extruder outlet;
- Figure 2 schematically illustrates the acquisition and digitization of successive sections of a human foot;
- Figures 3a and 3b schematically illustrate the error related to the movement of the part during image capture, when scanning vibrating parts by a multisensor system according to one of the applications of the invention;
- Figure 4a illustrates a calibration target of the multisensor system according to the invention;
- Figure 4b illustrates a detail of this calibration target;
- Figure 5 illustrates a tool for adjusting the laser plane of each of the laser sources of the multisensor system according to the invention.
- La figure 6a illustre schématiquemnt les circuits de traitement de signaux associés aux capteurs optiques;
- La figure 6b est un chronogramme des signaux d'horloges mis en oeuvre dans les circuits de la figure 6a;
- La figure 7 illustre le processus d'étalonnage.- Figure 6a illustrates schematically the signal processing circuits associated with the optical sensors;
- Figure 6b is a timing diagram of the clock signals used in the circuits of Figure 6a;
- Figure 7 illustrates the calibration process.
Un exemple de réalisation d'un système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets en deux ou trois dimensions selon l'invention va maintenant être décrit de façon détaillée, dans son application à la mesure de la section d'un objet défilant. Plus particulièrement, par référence à la figure 1, on considère le cas du contrôle en continu du profil d'un joint de caoutchouc en sortie d'extrudeuse. Un tel joint peut trouver application, à titre d'exemple non limitatif, dans le domaine automobile. An exemplary embodiment of a system for acquiring and digitizing sections of objects in two or three dimensions according to the invention will now be described in detail, in its application to the measurement of the section of a moving object. . More particularly, with reference to FIG. 1, we consider the case of the continuous control of the profile of a rubber seal at the extruder outlet. Such a seal can find application, by way of nonlimiting example, in the automotive field.
On peut qualifier l'objet constitué par le profil en caoutchouc, d'objet "à section bidimensionnelle" ou "2D". En effet, le profilé 4 défilant devant le système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets selon l'invention, cette section
S doit se reproduire, dans le temps, quasiment à l'identique, du moins dans une fourchette dimensionnelle donnée.One can qualify the object constituted by the rubber profile, of object "with two-dimensional section" or "2D". Indeed, the profile 4 parading in front of the acquisition and digitization system of sections of objects according to the invention, this section
S must reproduce over time, almost identically, at least within a given dimensional range.
Le joint de caoutchouc 4 est animé d'un mouvement de translation, à vitesse constante V, suivant un axe A. Le système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets selon l'invention comprend, dans l'exemple décrit, trois capteurs optiques, Cal à Ca3. Il est bien entendu que ce nombre doit être supérieur ou égal à deux mais n'est pas limité en valeur supérieure, du moins théoriquement. Seules des considérations pratiques limitent ce nombre à des valeurs raisonnables, par exemple trois ou quatre. The rubber seal 4 is driven in a translational movement, at constant speed V, along an axis A. The system for acquiring and digitizing sections of objects according to the invention comprises, in the example described, three optical sensors, Cal to Ca3. It is understood that this number must be greater than or equal to two but is not limited to a higher value, at least theoretically. Only practical considerations limit this number to reasonable values, for example three or four.
Chacun des capteurs optiques peut être semblable, voire identique, au capteur décrit dans le brevet français FR-B-2 685 764 précité, auquel on se reportera avec profit pour une description plus détaillée de ces capteurs. Un tel capteur comprend essentiellement une source laser, lal à la3, générant des faisceaux lamellaires, fll à fui3, d'axes moyens A1 à A3. La source laser est avantageusement constituée par une diode laser semi-conductrice. Each of the optical sensors can be similar, even identical, to the sensor described in the aforementioned French patent FR-B-2 685 764, to which reference will be made with advantage for a more detailed description of these sensors. Such a sensor essentially comprises a laser source, lal to la3, generating lamellar beams, fll to fui3, of medium axes A1 to A3. The laser source advantageously consists of a semiconductor laser diode.
Selon une première caractéristique importante de l'invention, les trois plans laser des faisceaux lamellaires, f11 à fui3, et plus généralement les N plans laser des faisceaux lamellaires générés (avec N > 2), sont coplanaires. According to a first important characteristic of the invention, the three laser planes of the lamellar beams, f11 to fui3, and more generally the N laser planes of the generated lamellar beams (with N> 2), are coplanar.
Chaque capteur, Cal à Ca3, est en outre muni d'au moins une caméra, avantageusement de deux caméras, C11-C12 à C31-C32, disposées de part et d'autre des sources lasers, 1a1 à 1a3 Les champs de vision de ces caméras, Cll-C12 à
C31-C32, sont inclinées par rapports aux axes moyens d'émission, A1 à A3, de manière à converger vers l'objet à contrôler, c'est-à-dire le profilé 4.Each sensor, Cal to Ca3, is furthermore provided with at least one camera, advantageously two cameras, C11-C12 to C31-C32, arranged on either side of the laser sources, 1a1 to 1a3. these cameras, Cll-C12 to
C31-C32, are inclined relative to the mean emission axes, A1 to A3, so as to converge on the object to be checked, that is to say the section 4.
Les trois capteurs, Cal à Ca3, sont rendus solidaires d'un berceau 2, par exemple de forme circulaire. De façon avantageuse, les trois axes moyens d'émission, Ai à A3, convergeant sensiblement sur l'axe de défilement A et les trois capteurs, Cal à Ca3, sont équi-répartis autour de cet axe A, de manière que les angles que forment entre eux, deux à deux, les axes A1 à A3 soient égaux, en l'occurrence égaux à 1200. En pratique, la disposition optimale doit être choisie en fonction du profil à étudier et, notamment, des creux du profilé qu'il convient "d'illuminer" correctement. The three sensors, Cal to Ca3, are made integral with a cradle 2, for example of circular shape. Advantageously, the three mean transmission axes, Ai to A3, substantially converging on the traveling axis A and the three sensors, Cal to Ca3, are equi-distributed around this axis A, so that the angles that form between them, two by two, the axes A1 to A3 are equal, in this case equal to 1200. In practice, the optimal arrangement must be chosen according to the profile to be studied and, in particular, the hollows of the profile that it should "light up" properly.
Les plans lasers des trois faisceaux, f11 à fui3, étant coplanaires, les caméras, C11-C12 à C31-C32, observent la même section S du profilé 4. Les signaux de sortie de ces caméras, Cll-C12 à C31-C32, sont transmis, via des liaisons, 11 à 13, à un ensemble de traitement de signal 3 qui permet l'acquisition effective de cette section. Pour ce faire, les signaux en provenance de caméras sont tout d'abord convertis, de façon classique, en signaux numériques, s'il s'agit de caméras de type analogique. Cette conversion peut s'effectuer à l'intérieur de l'enceinte physique des capteurs, Cal à Ca3. Il existe également des caméras entièrement numériques qui fournissent directement des signaux de sortie numériques représentatifs de l'image captée.A partir de ces signaux, I'acquisition et la numérisation de la section peuvent être effectués par l'ensemble de traitement de signal 3 qui sera précisé ci-après. Celui-ci peut comprendre avantageusement des organes de calcul Caic, à programme enregistré. Ceux-ci sont munis de cartes d'interface appropriées (non représentées) permettant la communication avec les caméras, C1 1-C12 à C31-C32. Les liaisons sont généralement de type bidirectionnelles ou comprennent des paires de liaisons monodirectionnelles, de façon à transmettre des instructions et commandes aux caméras, C1 1-C12 à
C31-C32 et aux sources lasers, lal à 1a3, et à recevoir les signaux de sorties de ces caméras, C1 1-C12 à C3 1-C32. Naturellement, il est prévu divers dispositifs classiques, telles que les alimentations en énergie des organes présents dans les capteurs, Cal à C. The laser planes of the three beams, f11 to fui3, being coplanar, the cameras, C11-C12 to C31-C32, observe the same section S of the profile 4. The output signals of these cameras, Cll-C12 to C31-C32, are transmitted, via links, 11 to 13, to a signal processing assembly 3 which allows the effective acquisition of this section. To do this, the signals from cameras are first of all converted, in a conventional manner, into digital signals, if they are cameras of the analog type. This conversion can take place inside the physical enclosure of the sensors, Cal to Ca3. There are also fully digital cameras which directly supply digital output signals representative of the captured image. From these signals, the acquisition and digitization of the section can be carried out by the signal processing assembly 3 which will be explained below. This can advantageously include Caic calculation bodies, with a recorded program. These are fitted with appropriate interface cards (not shown) allowing communication with the cameras, C1 1-C12 to C31-C32. The links are generally of the bidirectional type or comprise pairs of monodirectional links, so as to transmit instructions and commands to the cameras, C1 1-C12 to
C31-C32 and laser sources, lal to 1a3, and to receive the output signals from these cameras, C1 1-C12 to C3 1-C32. Naturally, various conventional devices are provided, such as the power supplies of the organs present in the sensors, Cal to C.
L'ensemble de traitement de signal 3 comprend également une mémoire,
Mem, de stockage des informations et des programmes de fonctionnement. Celle-ci peut être interne aux organes de calcul Cal ou externe (dans l'exemple illustré). Il comprend enfin un organe de visualistion, Visu, par exemple un écran cathodique, et divers autres circuits classiques non représentés : mémoire fixe, etc.The signal processing assembly 3 also includes a memory,
Mem, information storage and operating programs. This can be internal to the Cal calculation units or external (in the example illustrated). Finally, it includes a display unit, Visu, for example a cathode screen, and various other conventional circuits not shown: fixed memory, etc.
Toutes ces dispositions, en soi, sont classiques et connues de l'Homme de Métier. Il n'est donc pas nécessaire de les redécrire plus avant. All these provisions, in themselves, are conventional and known to those skilled in the art. There is therefore no need to rewrite them further.
A titre d'exemple non limitatif, on peut mettre en oeuvre la technique d'acquisition enseignée dans le brevet français précité, plus particulièrement en se référant aux figures 7 à 1 0d de ce brevet et à la description associée. By way of nonlimiting example, one can implement the acquisition technique taught in the aforementioned French patent, more particularly by referring to FIGS. 7 to 10d of this patent and to the associated description.
Cependant, si cette technique convient parfaitement au cas d'un capteur unique, elle ne se suffit pas à elle-même dans le cadre de l'invention qui met en oeuvre au moins deux capteurs, trois dans l'exemple décrit. However, if this technique is perfectly suited to the case of a single sensor, it is not sufficient in itself within the framework of the invention which implements at least two sensors, three in the example described.
Il est en effet nécessaire de procéder aux relevés vus par chaque capteur,
Cal à Ca3, de manière synchronisée, afin d'obtenir des portions de sections S homogènes, c'est-à-dire prises au même moment et dans un même plan de l'objet mesuré, ceci pour l'ensemble des capteurs.It is indeed necessary to carry out the readings seen by each sensor,
Cal to Ca3, in a synchronized manner, in order to obtain portions of homogeneous sections S, that is to say taken at the same time and in the same plane of the measured object, this for all the sensors.
Il est également nécessaire de regrouper ces différentes données obtenues à partir des différentes caméras, Cal à Ca3, dans un référentiel absolu unique, que l'on notera (x, y, z), pour obtenir, à partir de chaque plan de mesure,
L'image bi ou tridimensionnelle recherchée.It is also necessary to group these different data obtained from the different cameras, Cal to Ca3, in a single absolute reference frame, which we will denote (x, y, z), to obtain, from each measurement plane,
The bi or three-dimensional image sought.
Les dispositions permettant d'obtenir le résultat recherché seront explicitées ci-après. The arrangements for obtaining the desired result will be explained below.
On va tout d'abord décrire un deuxième exemple d'application du système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets selon l'invention, exemple dans lequel l'objet à numériser peut être qualifié d'objet en trois dimensions ou 3D, en ce sens que les différentes sections acquises et numérisées ne se répètent plus de façon sensiblement identique dans le temps. A partir des sections successives acquises, on reconstitue l'objet, plus exactement son volume extérieur en mode "filaire". La précision de la reconstruction dépend, notamment, du nombre de coupes ou tranches. We will first describe a second example of application of the system for acquiring and digitizing sections of objects according to the invention, an example in which the object to be digitized can be qualified as a three-dimensional or 3D object. , in the sense that the different acquired and digitized sections no longer repeat in a substantially identical manner over time. From the successive sections acquired, the object is reconstituted, more precisely its external volume in "wireframe" mode. The precision of the reconstruction depends, in particular, on the number of cuts or slices.
On va prendre l'exemple de l'acquisition et de la numérisation de la forme d'un pied humain. On suppose, dans le cadre de la présente invention que ce pied repose sur une surface plane. Si tel n'était pas le cas, des problèmes spécifiques se posent qui sortent du cadre de la présente invention que la Demanderesse propose de résoudre dans une autre demande de brevet français déposée simultanément à la présente. We will take the example of the acquisition and digitization of the shape of a human foot. It is assumed, within the framework of the present invention, that this foot rests on a flat surface. If this were not the case, specific problems arise which go beyond the scope of the present invention which the Applicant proposes to solve in another French patent application filed simultaneously with the present.
La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'un système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets selon l'invention, dans cette application. FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of a system for acquiring and digitizing sections of objects according to the invention, in this application.
Dans l'exemple décrit sur la figure 2, on a supposé que le système comprenait quatre capteurs optiques, Cal à Ca4. Comme précédemment chaque capteur, Cal à Ca4, génère un faisceau laser lamellaire, dont un seul a été représenté, fl 1. Les plans laser de ces faisceaux sont naturellement, selon l'une des caractéristiques importantes de l'invention, coplanaires. Comme précédemment également, les capteurs, Cal à Ca4, sont portés par un berceau 2 de manière à entourer l'objet à mesurer, en l'occurrence le pied 4'. Celui-ci repose sur un socle 40, constitué par une plaque en matériau transparent. Le second pied (non représenté) peut reposer sur un socle 41, disposé parallèlement au premier mais en dehors de l'espace occupé par les capteurs. In the example described in Figure 2, it was assumed that the system included four optical sensors, Cal to Ca4. As before, each sensor, Cal to Ca4, generates a lamellar laser beam, of which only one has been shown, fl 1. The laser planes of these beams are naturally, according to one of the important characteristics of the invention, coplanar. As previously also, the sensors, Cal to Ca4, are carried by a cradle 2 so as to surround the object to be measured, in this case the foot 4 '. This rests on a base 40, constituted by a plate made of transparent material. The second leg (not shown) can rest on a base 41, arranged parallel to the first but outside the space occupied by the sensors.
Pour obtenir une image volumique du pied 4', il est nécessaire d'acquérir les sections Sj associées à des coupes successives. Contrairement au système précédemment décrit, il n'est pas possible de faire avancer le pied 4' qui doit rester, a priori, immobile sur son socle 40. Pour ce type d'application, ce sont les capteurs optiques, Cal à Ca4, fixés à leur berceau 2, qui doivent être animés d'un mouvement de translation suivant l'axe A, a priori l'axe longitudinal du pied 4'. To obtain a volume image of the foot 4 ′, it is necessary to acquire the sections Sj associated with successive sections. Unlike the system described above, it is not possible to advance the foot 4 'which must remain, a priori, immobile on its base 40. For this type of application, it is the optical sensors, Cal to Ca4, fixed to their cradle 2, which must be driven in a translational movement along the axis A, a priori the longitudinal axis of the foot 4 '.
Pour ce faire, on prévoit un dispositif 5 d'entraînement du système 1', et plus précisément d'entraînement du berceau 2. Celui-ci comprend, dans l'exemple décrit, un moteur d'entraînement 51 d'un organe à poulies et engrenages 52, tournant autour d'un axe de rotation AR, et un rail rectiligne de guidage 50. Le dispositif d'entraînement 5 oblige le berceau 2, et donc les capteurs, Cal à Ca4, qui lui sont liés, à effectuer une translation le long du rail rectiligne de guidage 50, d'amplitude prédéterminée. To do this, there is provided a device 5 for driving the system 1 ′, and more specifically for driving the cradle 2. This comprises, in the example described, a drive motor 51 of a pulley member and gears 52, rotating around an axis of rotation AR, and a rectilinear guide rail 50. The drive device 5 forces the cradle 2, and therefore the sensors, Cal to Ca4, which are linked to it, to perform a translation along the straight guide rail 50, of predetermined amplitude.
Pendant cette translation, un certain nombre de séries de mesures successives est effectué. A chaque série est associée une section acquise Si, correspondant à un plan de coupe. Si le nombre de coupes successives est suffisamment élevé, il devient possible d'acquérir et de reconstituer le volume externe du pied 4' sous forme "filaire" ou, par tout procédé informatique connu, de "lisser" cette reconstitution. Le traitement des différents signaux est effectué par l'ensemble de traitement de signal représenté sous la référence 3, sur la figure 1. During this translation, a certain number of series of successive measurements is carried out. Each series is associated with an acquired section Si, corresponding to a cutting plane. If the number of successive cuts is sufficiently high, it becomes possible to acquire and reconstitute the external volume of the foot 4 ′ in “wireframe” form or, by any known computer process, to “smooth” this reconstitution. The processing of the various signals is carried out by the signal processing assembly represented under the reference 3, in FIG. 1.
Le système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets dans la variante de réalisation décrite en relation avec la figure 2 n'est naturellement pas limité à l'acquisition de la forme d'un pied. Il peut, moyennant quelques modifications mineures de l'appareil, être appliqué à l'acquisition de la forme de tout objet en "3D". On peut également utiliser cet appareil pour contrôler de tels objets (forme, dimension, etc.), par comparaison avec un gabarit de référence dont les caractéristiques sont enregistrées dans la mémoire Mern (figure 1). The system for acquiring and digitizing sections of objects in the variant embodiment described in relation to FIG. 2 is naturally not limited to acquiring the shape of a foot. It can, with some minor modifications of the device, be applied to the acquisition of the shape of any object in "3D". This device can also be used to control such objects (shape, size, etc.), by comparison with a reference template whose characteristics are recorded in the Mern memory (Figure 1).
Le système peut d'ailleurs fonctionner de manière similaire à ce qui a été décrit en relation avec la figure 1. En effet, si la section de l'objet défilant n'est plus constante, on peut mesurer ses variations dans le temps et par là acquérir et reconstituer la forme ou les variations de section. The system can moreover function in a similar manner to what has been described in relation to FIG. 1. In fact, if the section of the moving object is no longer constant, it is possible to measure its variations over time and by there acquire and reconstruct the shape or section variations.
Cette disposition trouve une application particulièrement intéressante dans le cadre de l'analyse vibratoire de structures. This arrangement finds a particularly interesting application in the context of the vibrational analysis of structures.
En effet, si l'objet à mesurer est animé de vibrations, le système selon l'invention peut acquérir les caractéristiques de ces vibrations, notamment leurs amplitudes maximales, par le biais de la mesure de la déformation sans contact des sections mesurées. Il s'agit d'une extension du procédé selon l'invention à la mesure dynamique des sections. Indeed, if the object to be measured is animated by vibrations, the system according to the invention can acquire the characteristics of these vibrations, in particular their maximum amplitudes, by measuring the non-contact deformation of the sections measured. It is an extension of the method according to the invention to the dynamic measurement of the sections.
Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement ce type d'application particulière. Figures 3a and 3b schematically illustrate this type of particular application.
Pour fixer les idées, on suppose qu'un objet 4" est le siège de vibrations périodiques sinusoïdales qui entraînent des variations de section d'amplitude 21, comme illustré par la figure 3b. Des vibrations d'autres natures sont tout à fait envisageables. Cependant, la vitesse de transition doit rester compatible avec le système d'acquisition selon l'invention, notamment avec les temps d'intégration vidéo usuels de 1/2000 ème de seconde (correspondant à un temps de pose photographique). To fix the ideas, it is assumed that an object 4 "is the seat of periodic sinusoidal vibrations which cause variations in amplitude section 21, as illustrated in FIG. 3b. Vibrations of other natures are quite conceivable. However, the transition speed must remain compatible with the acquisition system according to the invention, in particular with the usual video integration times of 1/2000 th of a second (corresponding to a photographic exposure time).
La figure 3a illustre la courbe amplitude A de la vibration en fonction du temps t. En utilisant des moyens connus de synchronisation temporelle, il est possible d'échantillonner le signal lors des maxima des vibrations, par exemple à l'instant T/4, pour lequel T est la période du signal. FIG. 3a illustrates the amplitude curve A of the vibration as a function of time t. By using known means of time synchronization, it is possible to sample the signal during the maximum vibrations, for example at time T / 4, for which T is the period of the signal.
De part et d'autre de cet instant d'échantillonnage, I'amplitude varie peu. On either side of this sampling instant, the amplitude varies little.
Pour fixer les idées, si la fréquence des vibrations est 45 Hz et le temps d'intégration de 1/2000 ème de seconde, l'amplitude maximale des vibrations peut être de 8 mm avec une erreur de 20 micromètres liée au déplacement de l'objet; à 90 Hz,
I'amplitude maximale serait de 2 mm avec la même erreur.To fix the ideas, if the frequency of the vibrations is 45 Hz and the integration time of 1/2000 th of a second, the maximum amplitude of the vibrations can be 8 mm with an error of 20 micrometers related to the displacement of the object; at 90 Hz,
The maximum amplitude would be 2 mm with the same error.
Quand la fréquence de l'objet à mesurer varie dans le temps, il convient de synchroniser la numérisation avec l'instant où l'amplitude est maximale, car le déplacement devient minimum et la déformation que l'on cherche à analyser est maximale. When the frequency of the object to be measured varies over time, digitization should be synchronized with the instant when the amplitude is maximum, because the displacement becomes minimum and the deformation that one seeks to analyze is maximum.
A titre d'exemple non limitatif, on peut citer comme application possible l'étude des vibrations auxquelles sont soumises les ailes d'avion. By way of nonlimiting example, one can cite as possible application the study of the vibrations to which the airplane wings are subjected.
On va maintenant expliciter comment on peut obtenir une corrélation des mesures obtenues par les différents capteurs optiques et comment les plans lasers peuvent être réglés. We will now explain how we can obtain a correlation of the measurements obtained by the various optical sensors and how the laser planes can be adjusted.
Comme il a été indiqué dans le préambule de la présente description, il est nécessaire de
- générer, par plusieurs capteurs, un plan laser unique entourant complètement la pièce, de manière que les caméras associées aux capteurs ne soient pas amenées à voir différents plans laser émis par différents capteurs dans les zones de recouvrement;
- procéder aux relevés vus par chaque capteur, de manière synchronisée, afin d'obtenir des portions de sections homogènes, prises dans un même plan pour tous les capteurs lors de chaque relevé;
- et regrouper les différentes données obtenues à partir des différentes caméras dans un référentiel absolu unique, pour obtenir à partir de chaque plan de mesure l'image tridimensionnelle recherchée. As indicated in the preamble to this description, it is necessary to
- generate, by several sensors, a single laser plane completely surrounding the part, so that the cameras associated with the sensors are not led to see different laser planes emitted by different sensors in the overlap areas;
- carry out the readings seen by each sensor, in a synchronized manner, in order to obtain portions of homogeneous sections, taken in the same plane for all the sensors during each reading;
- and group the different data obtained from the different cameras in a single absolute frame of reference, to obtain from each measurement plane the three-dimensional image sought.
Pour fixer les idées, sans que cela soit limitatif en quoi que ce soit de la portée de l'invention, on suppose que le système d'acquisition et de numérisation de sections d'objets selon l'invention comprend quatre capteurs, Cal à Ca4, portés par un berceau 2 porte-capteurs, comme illustré par la figure 4a. La structure de ce système est d'ailleurs similaire à celle illustrée par le système décrit en regard de la figure 2. Aussi, on n'a repris que les éléments strictement nécessaires à la bonne compréhension des opérations rappelées ci-dessus. Les faisceaux laser générés par les sources (non représentées) associées aux capteurs, Cal à Ca4, ont été référencés fil à fi4, respectivement. To fix the ideas, without this being in any way limiting the scope of the invention, it is assumed that the system for acquiring and digitizing sections of objects according to the invention comprises four sensors, Cal to Ca4 , carried by a cradle 2 sensor holders, as illustrated in FIG. 4a. The structure of this system is moreover similar to that illustrated by the system described with reference to FIG. 2. Also, only the elements strictly necessary for the proper understanding of the operations recalled above have been included. The laser beams generated by the sources (not shown) associated with the sensors, Cal to Ca4, have been referenced wire to fi4, respectively.
Selon une caractéristique importante de l'invention, ces plans lasers sont coplanaires de manière à définir un plan commun de numérisation et ainsi pouvoir acquérir une section d'un objet ou une suite de sections par un mouvement relatif de l'objet et du système d'acquisition et de numérisation de sections de cet objet. According to an important characteristic of the invention, these laser planes are coplanar so as to define a common digitization plan and thus be able to acquire a section of an object or a series of sections by a relative movement of the object and the system of acquisition and digitization of sections of this object.
Comme les quatre capteurs, Cal à Ca4, sont solidaires d'un même berceau ou portecapteurs 2, si le plan commun de numérisation doit pivoter dans l'espace, c'est l'ensemble des quatre capteurs, Cal à Ca4, qui va pivoter. Le réglage des capteurs devra donc être effectué sur le porte-capteurs 2. Il en est de même de l'étalonnage.As the four sensors, Cal to Ca4, are integral with the same cradle or sensor holder 2, if the common digitization plane must pivot in space, it is all of the four sensors, Cal to Ca4, which will pivot . The adjustment of the sensors must therefore be carried out on the sensor holder 2. The same applies to the calibration.
Tout d'abord, pour rendre les quatre plans lasers, f11 à fil4, des capteurs,
Cal à Ca4, exactement coplanaires, tels qu'ils sont montés sur leur berceau portecapteurs, donc avec au départ des erreurs, soit dans le réglage des capteurs euxmêmes, soit dans le montage physique des capteurs sur le porte-capteurs 2, soit enfin en raison de déformations du berceau porte-capteurs 2, il est nécessaire de procéder à une étape préliminaire de réglage de ces plans laser, fll à fl4. Pour ce faire, selon un aspect supplémentaire de l'invention, on prévoit un outil spécial permettant de régler les capteurs, Cal à Ca4, un par un dans le plan laser commun associé à l'ensemble du porte-capteurs.First, to make the four laser planes, f11 to fil4, sensors,
Cal to Ca4, exactly coplanar, as they are mounted on their sensor holder cradle, therefore with errors at the start, either in the adjustment of the sensors themselves, or in the physical mounting of the sensors on the sensor holder 2, or finally in Due to deformations of the sensor holder cradle 2, it is necessary to carry out a preliminary step of adjusting these laser planes, fl1 to fl4. To do this, according to an additional aspect of the invention, a special tool is provided for adjusting the sensors, Cal to Ca4, one by one in the common laser plane associated with the entire sensor holder.
On part de l'ensemble, constitué d'un support 6 (figure 4a) qui reçoit le porte-capteurs 2 avec ses quatre capteurs(qui sera illustré par la figure 5) montés et d'un outil de réglage 7, capteur par capteur, illustré schématiquement par la figure 5. We start from the assembly, consisting of a support 6 (Figure 4a) which receives the sensor holder 2 with its four sensors (which will be illustrated by Figure 5) mounted and an adjustment tool 7, sensor by sensor , illustrated schematically in Figure 5.
Pour ne pas alourdir la représentation de la figure 5, on n'a représenté que deux des quatre capteurs, Cal et C, respectivement, étant entendu que le processus de réglage est effectué pour les quatre capteurs, Cal à Ca4 (figure 4a). L'ensemble précité est monté sur un axe de rotation ' perpendiculaire au plan capteur. Sur cette figure 5, on a représenté le réglage du plan laser du premier capteur, en l'occurrence le capteur Cal. En faisant tourner l'outil 7, successivement face à chaque capteur, on peut ainsi procéder au réglage de l'ensemble des quatre capteurs, Cal à Ca4, et de façon plus générale des N capteurs.In order not to burden the representation of FIG. 5, only two of the four sensors, Cal and C, have been shown, it being understood that the adjustment process is carried out for the four sensors, Cal to Ca4 (FIG. 4a). The above-mentioned assembly is mounted on an axis of rotation 'perpendicular to the sensor plane. In this FIG. 5, the adjustment of the laser plane of the first sensor is shown, in this case the sensor Cal. By rotating the tool 7, successively opposite each sensor, it is thus possible to adjust all four sensors, Cal to Ca4, and more generally the N sensors.
L'outil de régalage 7 comprend essentiellement trois zones : une zone centrale 70 et deux zones latérales, 71 et 72, de part et d'autre de cette zone centrale 70. L'ensemble est orthogonal à l'axe de rotation ' précité. Chaque zone est dentelée, en ce sens que ces zones sont munies de créneaux, 710, 700 et 720, respectivement, disposés sur leurs parties supérieures. La zone centrale, 70, a la forme d'une "tour" crénelée et surplombe les deux parties latérales, 71 et 72. The leveling tool 7 essentially comprises three zones: a central zone 70 and two lateral zones, 71 and 72, on either side of this central zone 70. The assembly is orthogonal to the above-mentioned axis of rotation. Each zone is serrated, in the sense that these zones are provided with slots, 710, 700 and 720, respectively, arranged on their upper parts. The central zone, 70, has the form of a crenellated "tower" and overhangs the two lateral parts, 71 and 72.
L'axe 5' coupe cette zone centrale, dans sa partie inférieure, par exemple au tiers inférieur de celle-ci. L'outil 7 est donc animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe '. The axis 5 ′ intersects this central zone, in its lower part, for example in the lower third thereof. The tool 7 is therefore driven in a rotational movement around the axis'.
Le réglage de chaque capteur, par exemple Cal, vise à corriger l'erreur en translation, l'erreur en rotation et l'erreur en inclinaison du plan laser, par exemple f11. Ces trois erreurs sont corrigées lorsque le plan laser, full, coupe chacune des trois zones dentelées, 720, 700 et 710, exactement en son milieu. Lorsque c'est le cas, la ou les caméras, par exemple C11 et C12 du capteur Cal, voi(en)t alors le même niveau d'énergie de part et d'autre du plan laser, full, en regardant les différentes zones dentelées, 720, 700 et 710.Comme chaque creux n'est visible que d'un seul côté du plan laser, chaque caméra, C11 et C12, voit, d'une part, un trait sur le dessus de la zone dentelée, 720, 700 et 710 respectivement, visible des deux côtés du plan laser f11 et, d'autre part, les creux éclairés par le plan laser fll et visibles d'un seul côté. C'est donc l'énergie vue par la caméra Cl l dans les creux de son côté du plan laser qui doit donc être équilibrée avec l'énergie de la caméra C12 dans les creux de l'autre côté du plan laser. The adjustment of each sensor, for example Cal, aims to correct the error in translation, the error in rotation and the error in tilt of the laser plane, for example f11. These three errors are corrected when the laser plane, full, cuts each of the three serrated areas, 720, 700 and 710, exactly in the middle. When this is the case, the camera or cameras, for example C11 and C12 of the Cal sensor, then see the same energy level on either side of the laser plane, full, by looking at the different zones serrated, 720, 700 and 710. As each hollow is visible only on one side of the laser plane, each camera, C11 and C12, sees, on the one hand, a line on the top of the serrated area, 720 , 700 and 710 respectively, visible from both sides of the laser plane f11 and, on the other hand, the hollows illuminated by the laser plane f1 and visible from only one side. It is therefore the energy seen by the camera C1 in the hollows on its side of the laser plane which must therefore be balanced with the energy of the camera C12 in the hollows on the other side of the laser plane.
On peut donc effectuer un réglage du plan laser de chaque capteur, Cal à Ca4 , selon les trois axes XYZ d'un repère orthonormé, étant entendu que l'axe Y, sur la figure 5, est parallèle à l'axe de rotation du système '. Les axes X et Z définissent un plan parallèle au plan laser commun aux quatre capteurs, Cal à Ca4. It is therefore possible to adjust the laser plane of each sensor, Cal to Ca4, along the three axes XYZ of an orthonormal reference frame, it being understood that the axis Y, in FIG. 5, is parallel to the axis of rotation of the system '. The X and Z axes define a plane parallel to the laser plane common to the four sensors, Cal to Ca4.
Plus précisément, les réglages possibles du plan laser de chaque capteur (par exemple Cal) sont les suivants
- Translation selon l'axe Y;
- Rotation suivant l'axe X;
- Rotation suivant l'axe Z.More precisely, the possible adjustments of the laser plane of each sensor (for example Cal) are as follows
- Translation along the Y axis;
- Rotation along the X axis;
- Rotation along the Z axis.
Pour fixer les idées, un exemple de réglage du plan laser du faisceau f11 du capteur Cal pourrait être le suivant:
- Rotation selon l'axe Z pour aligner les réglages N" 2 et NO 3, c'est-àdire sur le centre des créneaux 720 et 710, respectivement;
- Rotation selon l'axe X pour que le trait laser sur le réglage N" 1 se trouve à la même distance du centre des créneaux que sur les réglages Na 2 et NO 3, c'est-à-dire les créneaux 720 et 710, respectivement;
- Translation selon Y pour amener le trait laser au centre des créneaux 700, 720 et 710, respectivement, des réglages N" 1, N" 2 et NO 3.To fix the ideas, an example of adjustment of the laser plane of the beam f11 of the Cal sensor could be the following:
- Rotation along the Z axis to align the settings N "2 and NO 3, that is to say on the center of the slots 720 and 710, respectively;
- Rotation along the X axis so that the laser line on setting N "1 is at the same distance from the center of the slots as on the settings Na 2 and NO 3, i.e. slots 720 and 710 , respectively;
- Translation along Y to bring the laser line to the center of the slots 700, 720 and 710, respectively, of the settings N "1, N" 2 and NO 3.
Dans ce qui précède, étant entendu que le faisceau fll est de type lamellaire, il a été supposé que son impact sur les zones crénelées, 700 à 720, pouvait être assimilée à un simple trait. In the foregoing, it being assumed that the beam f1 is of the lamellar type, it has been assumed that its impact on the crenellated zones, 700 to 720, could be assimilated to a single line.
Cette étape préliminaire permet donc de rendre coplanaires les différents plans lasers. This preliminary step therefore makes it possible to make the various laser planes coplanar.
Il est également nécessaire de synchroniser les différentes acquisitions de données. It is also necessary to synchronize the different data acquisitions.
Pour assurer cette synchronisation des acquisitions de données des capteurs, Cal à Ca4, (c'est-à-dire les prises de vues des caméras, par exemple figure 5 , Cll-C12 et C21-C22), les organes de pilotage de ces capteurs, Cal à Ca4, ont été rassemblés au sein d'un même contrôleur 8, comme illustré par la figure 6a. Celui-ci constitue une partie des circuits de traitement de signal, référencés sous 3 à la figure 1. Il comprend notamment, outre une carte d'alimentation en énergie électrique et divers circuits classiques (non représentés), quatre cartes de calcul (une par capteur), 81 à 84, et une carte d'environnement 80.C'est cette carte d'environnement 80 qui va fournir des signaux d'horloge H, communs aux quatre autres cartes de calcul, 81 à 84, de manière à synchroniser celles-ci, afin que les relevés de points correspondent à des sections homogènes, c'est-à-dire prises au même moment et dans un même plan de l'objet mesuré. To ensure this synchronization of the data acquisitions of the sensors, Cal to Ca4, (that is to say the shots of the cameras, for example FIG. 5, Cll-C12 and C21-C22), the control bodies of these sensors, Cal to Ca4, were brought together within the same controller 8, as illustrated in FIG. 6a. This constitutes part of the signal processing circuits, referenced under 3 in FIG. 1. It comprises in particular, in addition to an electrical power supply card and various conventional circuits (not shown), four calculation cards (one per sensor), 81 to 84, and an environment card 80. It is this environment card 80 which will supply clock signals H, common to the other four calculation cards, 81 to 84, so as to synchronize these, so that the point readings correspond to homogeneous sections, that is to say taken at the same time and in the same plane of the measured object.
En réalité, les signaux d'horloge H, comme représentés sur le chronogramme de la figure 6b, sont constitués par un ensemble de trois signaux d'horloge distincts . des signaux de synchronisation de trame, H1, de synchronisation de ligne, H2, et des signaux d'horloge de pixel, H3. In reality, the clock signals H, as shown in the timing diagram of FIG. 6b, consist of a set of three distinct clock signals. frame synchronization signals, H1, line synchronization signals, H2, and pixel clock signals, H3.
Les quatre cartes de calcul, 81 à 84, retransmettent ces signaux d'horloges, par les bus H', aux caméras des capteurs qui leur sont associés, Cal à
Ca4. En retour, celles-ci transmettent aux cartes, 81 à 84, les signaux vidéo chargés d'informations, sur les liaisons 11 à 14. Naturellement, les signaux peuvent être transmis sous forme analogique ou numérique et sous un format parallèle ou série. The four calculation cards, 81 to 84, retransmit these clock signals, by the buses H ', to the cameras of the sensors associated with them, Cal to
Ca4. In return, these transmit to the cards, 81 to 84, the video signals loaded with information, on the links 11 to 14. Naturally, the signals can be transmitted in analog or digital form and in a parallel or serial format.
La carte d'environnement 80 communique avec des circuits de commande (non représentés, par exemple 1' organe de traitement de signal 3, de la figure 1) par un bus Bus. The environment card 80 communicates with control circuits (not shown, for example 1 signal processing member 3, of Figure 1) by a Bus bus.
Les signaux de sortie peuvent ensuite être transmis à un organe de traitement de signal (figure 1: Cal), de mémorisation (Mem) et de visualisation. Ces deux derniers organes, notamment, peuvent être constitués avantageusement à base d'un micro-ordinateur classique, muni de cartes d'interfaces appropriées (ports d'entrées-sorties). The output signals can then be transmitted to a signal processing (figure 1: Cal), memorization (Mem) and display device. These last two organs, in particular, can advantageously be based on a conventional microcomputer, provided with appropriate interface cards (input-output ports).
Pour permettre l'étalonnage cohérent de ces différents capteurs, Cal-Ca4, c'est-à-dire être capable de transformer les différents nuages de points vus par chacune des caméras (par exemple, figure 5 : C1 1-C12 et C21-C22) des capteurs dans un espace absolu unique, il est nécessaire de procéder à une étape préliminaire supplémentaire. Pour ce faire, il est procédé à une numérisation particulière. To allow consistent calibration of these different sensors, Cal-Ca4, that is to say being able to transform the different point clouds seen by each of the cameras (for example, Figure 5: C1 1-C12 and C21- C22) sensors in a single absolute space, it is necessary to carry out an additional preliminary step. To do this, a special digitization is carried out.
Si on se reporte de nouveau à la figure 4a, sur le berceau 2 portecapteurs est fixée une mire sous la forme d'une plaque 61 comportant des piges 610 couvrant l'espace de mesure. Les piges sont régulièrement réparties, selon une organisation matricielle lignes - colonnes. Les plans laser, constitués par les faisceaux fll à fil4, coupent les piges 610, et les caméras (non représentées) des capteurs, Cal à Ca4, voient une série de points correspondants à ces intersections. If we refer again to FIG. 4a, a target is fixed on the cradle 2 sensor holders in the form of a plate 61 comprising rods 610 covering the measurement space. The freelancers are regularly distributed, according to a row-column matrix organization. The laser planes, constituted by the beams fl1 to fil4, intersect the rods 610, and the cameras (not shown) of the sensors, Cal to Ca4, see a series of points corresponding to these intersections.
On calcule alors des matrices de transformation qui, à un pixel sur chaque caméra de capteur, Cal à Ca4, associent un point dans l'espace associé au plan, que forme le porte-capteurs 2, associé à un référentiel (U, V, W) ou espace relatif. La connaissance de la position du berceau 2 porte-capteurs mobile, par rapport à un référentiel "matériel" fixe, référencé (R, S, T), constitué par la mire 60 porte-piges 610, permet ensuite de calculer les coordonnées dans un espace absolu (X, Y, Z).We then calculate transformation matrices which, at one pixel on each sensor camera, Cal to Ca4, associate a point in the space associated with the plane, which forms the sensor holder 2, associated with a frame of reference (U, V, W) or relative space. Knowledge of the position of the cradle 2 mobile sensor holder, in relation to a fixed "material" reference frame, referenced (R, S, T), constituted by the test pattern 60 rod holder 610, then makes it possible to calculate the coordinates in a absolute space (X, Y, Z).
La figure 4b illustre de façon plus détaillée les piges 610 et leur illumination par les faisceaux lasers, le faisceau fll dans l'exemple particulier de la figure 4b. FIG. 4b illustrates in more detail the rods 610 and their illumination by the laser beams, the beam f1 in the particular example of FIG. 4b.
Le calcul peut s'effectuer conformément à l'enseignement divulgué dans la demande de brevet français FR-A-2 642 833. The calculation can be carried out in accordance with the teaching disclosed in the French patent application FR-A-2 642 833.
Il est décrit un procédé d'étalonnage d'un système d'acquisition de forme possédant un système d'acquisition de forme possédant un ensemble capteur mobile, apte à délivrer les coordonnées (x, y, z) représentant la forme partielle d'un objet tridimensionnel dans un référentiel dit absolu (X, Y, Z). Le procédé vise à établir la fonction de transfert globale entre des informations, dites brutes et associées à un référentiel relatif de coordonnées (u, v, w), délivrées par l'ensemble-capteur du système d'acquisition et les coordonnées réelles (x, y, z) de la surface de l'objet en cours d'acquisition. La mire, fixe, est associée à un référentiel de coordonnées (r, s, t). Le passage d'un système de coordonnées à l'autre s'effectue par un calcul matriciel. There is described a method for calibrating a shape acquisition system having a shape acquisition system having a movable sensor assembly, capable of delivering the coordinates (x, y, z) representing the partial shape of a three-dimensional object in a so-called absolute referential (X, Y, Z). The method aims to establish the global transfer function between information, called raw and associated with a relative reference frame of coordinates (u, v, w), delivered by the sensor assembly of the acquisition system and the real coordinates (x , y, z) of the surface of the object being acquired. The target, fixed, is associated with a coordinate reference system (r, s, t). The transition from one coordinate system to another is carried out by a matrix calculation.
Naturellement, le système capteur divulgué est monocapteur, contrairement à l'invention qui comporte au moins deux capteurs solidaires de l'arceau 2. L'ensemble des mesures effectuées par les différents capteurs, Cal à Ca4, doit être pris en compte, après synchronisation de la manière rappelée en regard de la figure 6a. C'est cet ensemble de mesures qui définit le référentiel des coordonnées (u, v, w) du référentiel relatif (U,V, W). Il est naturellement nécessaire qu'il y ait un recouvrement entre les différents faisceaux, f11 à fil4, sur les piges 610. Naturally, the disclosed sensor system is a single-sensor, unlike the invention which comprises at least two sensors integral with the arch 2. All of the measurements carried out by the various sensors, Cal to Ca4, must be taken into account, after synchronization as recalled with reference to FIG. 6a. It is this set of measurements that defines the coordinate system (u, v, w) of the relative system (U, V, W). It is naturally necessary that there is an overlap between the different beams, f11 to fil4, on the rods 610.
La figure 7 illustre schématiquement le procédé. Figure 7 schematically illustrates the process.
Les diverses informations obtenues des quatre caméras, Cal à Ca4, (dans l'exemple décrit) et de façon générale des N caméras (avec N 2 2) sont traitées par les organes de calcul (figure 1 : Cal ou figure 6a: 8). The various information obtained from the four cameras, Cal to Ca4, (in the example described) and generally from the N cameras (with N 2 2) are processed by the calculation bodies (FIG. 1: Cal or FIG. 6a: 8) .
A la mire 61, constituée de piges 610, correspond un espace mire EM de coordonnées (r, s, t). Aux capteurs, on peut faire correspondre un espace relatif Er. The target 61, consisting of rods 610, corresponds to a target space EM of coordinates (r, s, t). To the sensors, a relative space Er can be made to correspond.
Lors des étapes d'acquisition et de numérisation, connaissant la position du berceau 2, ou porte-capteur, par rapport à la mire 61 fixe, on peut donc calculer une matrice de passage et en déduire les coordonnées (x, y, z) des points acquis dans une espace absolu Ea.During the acquisition and digitization steps, knowing the position of the cradle 2, or sensor holder, relative to the fixed target 61, we can therefore calculate a passage matrix and deduce the coordinates (x, y, z) points acquired in an absolute space Ea.
De façon pratique, les caméras étant avantageusement du type dit "CCD" (de l'anglo-saxon "Capacitive Coupling Device" ou "Dispositif à Couplage
Capacitif'), les matrices de transformation associent un pixel de ces "CCD" à un point de l'espace associé au plan porte-capteurs (berceau 2).In practice, the cameras are advantageously of the so-called "CCD" type (from the Anglo-Saxon "Capacitive Coupling Device" or "Coupling Device
Capacitive '), the transformation matrices associate a pixel of these "CCDs" with a point in space associated with the collector plane (cradle 2).
Il se pose des problèmes supplémentaires liés à ce que les capteurs devant être généralement le plus proche possible des objets à numériser, il est nécessaire de faire appel à des optiques grand-angle. On peut également citer comme raisons le fait, notamment, que la puissance reçue par un objet est inversement proportionnelle au carré de la distance parcourue. L'éloignement de la source laser impliquerait l'utilisation de sources laser de grande puissance, donc probablement des dangers pour les utilisateurs, mais aussi des problèmes d'encombrement et de précision puisque la caméra doit faire avec le plan laser un angle suffisant. En effet, si le capteur est deux fois plus éloigné, en l'absence d'optique grand-angle, la puissance laser doit être quatre fois plus importante et la taille du capteur double, en l'état des technologies actuelles. There are additional problems related to the fact that the sensors being generally as close as possible to the objects to be digitized, it is necessary to use wide-angle optics. One can also cite as reasons the fact, in particular, that the power received by an object is inversely proportional to the square of the distance traveled. The remoteness of the laser source would imply the use of high power laser sources, therefore probably dangers for the users, but also problems of size and precision since the camera must make with the laser plane a sufficient angle. Indeed, if the sensor is twice as far away, in the absence of wide-angle optics, the laser power must be four times greater and the size of the sensor double, in the state of current technologies.
Pour traiter le problème de l'étalonnage en environnement non linéaire, notamment en raison de l'emploi d'optiques grand-angle destinées à ouvrir l'angle de champ des capteurs, il n'est pas possible, de façon pratique, de définir un modèle théorique intégrant les circuits optiques et les différents paramètres à chaque niveau, compte tenu de la complexité du problème et de la variation des différents paramètres, ne serait ce qu'en fonction de la température. L'étalonnage qui vient d'être rappelé, en regard des figures 4a et 7, permet de définir automatiquement la matrice de transformation des données caméra en données dans le plan laser, dans la situation d'environnement réel, grâce à un ensemble de piges sur une mire d'étalonnage.Connaissant la position de chacune d'elles et relevant pour chaque caméra son impact sur les "CCD" des caméras, on dispose donc dans l'espace caméra des images des piges 610. On peut donc déterminer pour chaque rectangle défini par quatre piges la matrice de transformation qui part de l'espace caméra pour aboutir dans l'espace du plan laser. Pour ce faire, on peut aussi mettre en oeuvre le procédé décrit dans la demande de brevet français FR-A-2 642 833 précitée, qui traite également les environnements non-linéaires. To deal with the problem of calibration in a non-linear environment, in particular due to the use of wide-angle optics intended to open the field of view of the sensors, it is not practical to define a theoretical model integrating the optical circuits and the different parameters at each level, taking into account the complexity of the problem and the variation of the different parameters, would be only as a function of the temperature. The calibration which has just been recalled, with reference to FIGS. 4a and 7, makes it possible to automatically define the matrix for transforming camera data into data in the laser plane, in the situation of real environment, using a set of gauges on a calibration target. Knowing the position of each of them and noting for each camera its impact on the "CCD" of the cameras, we therefore have in the camera space images of 610 rods. We can therefore determine for each rectangle defined by four rods the transformation matrix which starts from the camera space and ends up in the space of the laser plane. To do this, it is also possible to implement the method described in the aforementioned French patent application FR-A-2 642 833, which also deals with non-linear environments.
De la description qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. From the foregoing description, it can easily be seen that the invention achieves the goals that it has set itself.
Il doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations précisément décrits, notamment en relation avec les figures 1 à7. It should be clear, however, that the invention is not limited to only the examples of embodiments precisely described, in particular in relation to FIGS. 1 to 7.
Il doit être clair aussi que, bien que particulièrement adaptée aux applications rappelées, notamment pour l'acquisition et la numérisation de sections d'objets en mouvement ou soumis à des vibrations, on ne saurait cantonner l'invention à ce seul type d'applications. Elle s'applique toutes les fois que l'on désire acquérir et numériser, au moins en partie, une ou plusieurs sections d'un objet, en une seule passe pour chaque section. It should also be clear that, although particularly suitable for the applications referred to, in particular for the acquisition and digitization of sections of objects in motion or subjected to vibrations, the invention cannot be confined to this single type of application . It applies whenever you want to acquire and digitize, at least in part, one or more sections of an object, in a single pass for each section.
En effet, il doit être clair que, si l'invention permet d'acquérir une section entière, elle permet naturellement de n'acquérir et de numériser qu'une portion de la section, selon les besoins d'une application donnée. Indeed, it must be clear that, if the invention makes it possible to acquire an entire section, it naturally makes it possible to acquire and digitize only a portion of the section, according to the needs of a given application.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9507592A FR2735860A1 (en) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | Object sections acquisition and numbering method in two or three dimensions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9507592A FR2735860A1 (en) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | Object sections acquisition and numbering method in two or three dimensions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2735860A1 true FR2735860A1 (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=9480347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9507592A Pending FR2735860A1 (en) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | Object sections acquisition and numbering method in two or three dimensions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2735860A1 (en) |
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