FR3036473A1

FR3036473A1 - Procede de mesure de la position d'une structure mobile

Info

Publication number: FR3036473A1
Application number: FR1554526A
Authority: FR
Inventors: Jean-Christophe Bry; Claude Leonetti; De Langautier Gregoire Pebernad
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2016-11-25
Anticipated expiration: 2035-05-20
Also published as: US10124877B2; US20160340016A1; FR3036473B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure de la position d'une structure mobile dans un référentiel, la structure comprenant une pluralité d'éléments récurrents intrinsèques à la structure, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) acquisition (20), par des moyens de traitements, d'images de la structure prises simultanément par une pluralité de dispositifs optique, chaque élément récurrent de la structure étant dans le champ de vision d'au moins trois dispositifs optique distincts ; b) extraction (21a,21b) sur chacune des images, par les moyens de traitements, des éléments récurrents et détermination (21c), par les moyens de traitements, de la position desdits éléments récurrents à l'image ; c) calcul (22a) par, les moyens de traitements, d'au moins un indicateur pour chacun des éléments récurrents détectés sur chaque image ; d) identification (22b), par les moyens de traitement, de chacun desdits éléments récurrents en associant un identifiant unique à chacun desdits éléments, l'identifiant étant lié à la position de chacun des dispositifs optique dans le référentiel et à au moins un indicateur associé à chacun desdits éléments sur chaque image ; et e) détermination de la position (23), par les moyens de traitement mettant en œuvre un algorithme de photogrammétrie, de chaque élément récurrent dans le référentiel.

Description

1 PROCEDE DE MESURE DE LA POSITION D'UNE STRUCTURE MOBILE La présente invention concerne un procédé permettant de mesurer la position d'une structure mobile, en particulier d'une structure d'un fuselage d'aéronef. Un fuselage d'aéronef est, de manière connue, constitué par l'assemblage d'une pluralité de structures, comme la pointe avant, la partie arrière ou différents tronçons cylindriques.

L'étape d'assemblage de deux structures consiste à positionner les structures sur des supports et à rapprocher une structure montée sur un support mobile de l'autre structure montée sur un support fixe, jusqu'à ce que les deux structures soient jointes. Les structures sont ensuite définitivement fixées l'une à l'autre, par exemple, par rivetage. Lors de son déplacement, la position de la structure mobile est constamment mesurée afin de s'assurer du bon déroulement de l'étape d'assemblage. On utilise un procédé de photogrammétrie pour réaliser ces mesures. Un tel procédé permet de construire un nuage de points en trois dimensions de la structure mobile en acquérant, via plusieurs caméras, des images sous différents angles d'une pluralité de cibles réparties sur l'ensemble de la structure et en utilisant la parallaxe obtenue entre les différentes images acquises.

Le nuage de points permet de donner la position respective de la structure dans un référentiel donné. Chaque cible, telle que décrite notamment dans le document US 20070153297, comporte un code optique propre à la cible. La cible est réfléchissante lorsqu'elle est illuminée par un projecteur laser de sorte à être détectable par les caméras. L'utilisation de telles cibles pour la mesure de la position d'une structure ralentit les cadences de production car des opérateurs doivent installer la pluralité de cibles (par exemple de l'ordre de 200 pour une pointe avant) uniquement pour les mesures puis les désinstaller une fois celles-ci effectuées. Il existe donc un besoin d'un procédé de mesure d'une position d'une structure mobile qui soit plus rapide tout en étant précis. L'invention concerne un procédé de mesure de la position d'une structure mobile dans un référentiel, la structure comprenant une pluralité d'éléments récurrents intrinsèques à la structure, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) acquisition, par des moyens de traitements, d'images de la structure prises simultanément par une pluralité de dispositifs optique, chaque élément récurrent de la structure étant dans le champ de vision d'au moins trois dispositifs optique distincts ; b) extraction sur chacune des images, par les moyens de traitements, des éléments récurrents et détermination, par les moyens de traitements, de la position desdits éléments récurrents à l'image ; c) calcul par, les moyens de traitements, d'au moins un indicateur pour chacun des éléments récurrents détectés sur chaque image ; 3036473 2 d) identification, par les moyens de traitement, de chacun desdits éléments récurrents en associant un identifiant unique à chacun desdits éléments, l'identifiant étant lié à la position de chacun des dispositifs optique dans le référentiel et à au moins un indicateur associé à chacun desdits éléments sur chaque image ; et 5 e) détermination de la positio, par les moyens de traitement mettant en oeuvre un algorithme de photogrammétrie, de chaque élément récurrent dans le référentiel. L'un des avantages de la présente invention est l'utilisation, en tant que cibles, d'éléments récurrents intrinsèques à une structure permet de déterminer la position de ladite structure dans un 10 référentiel donné sans nécessiter la pose provisoire de cibles. Un procédé de mesure par photogrammétrie peut donc être mis en oeuvre sans avoir à effectuer de préparation spécifique préalable de la structure. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessous, ainsi que d'autres, apparaîtront plus 15 clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue du dispositif de détermination de la position d'une structure mobile installée dans un hall d'assemblage selon un mode de réalisation de l'invention, où la structure comprend une peau maintenue par des rivets ; 20 - la figure lA est une vue agrandie de la peau de la structure de la figure 1 illustrant la configuration des rivets sur une partie de ladite peau; - la figure 2 est un diagramme illustrant le procédé en quatre étapes mis en oeuvre par le dispositif de la figure 1 pour déterminer la position de la structure selon un mode de réalisation de l'invention ; 25 - la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 dans laquelle le dispositif de détermination de la position d'une structure est arrangé pour piloter les opérations d'assemblages de la structure mobile à une structure fixe. En référence avec les figures 1 et 1A, un dispositif de mesure 100 de la position d'une structure 30 est disposé de sorte à mesurer la position d'une première structure 1 placée sur un support 2. La première structure 1 est mobile selon un axe horizontal de translation X. A cet effet, la première structure est fixée au support via des glissières 2a autorisant le déplacement en translation de la première structure 1 par rapport au support 2. La première structure 1 est par exemple un tronçon de fuselage et est formée par des éléments structuraux de type cadres et lisses (non représentés sur les figures) formant un squelette de la structure et sur lesquelles sont fixés des panneaux 5, par exemple métalliques ou en matériaux 3036473 3 composites, formant la peau 6 de la structure. Les panneaux 5 sont fixés au squelette par des rivets 10. Les rivets 10 sont de manière connue disposés sous formes de lignes verticales 12 (selon l'axe Z), horizontales 13 (selon l'axe X), ou encore diagonales 15, se croisant et où l'écart entre les rivets peut être variable. De manière connue, les têtes 11 de rivets sont visibles et peuvent être 5 distinguées de la peau 5. Selon l'invention, et comme cela sera décrit plus loin, les rivets 10, en tant qu'éléments récurrents et intrinsèques de la peau 6 de la première structure 1, sont utilisés comme cibles par le dispositif de mesure 100 pour mesurer, par photogrammétrie, la position de la première structure 1 par rapport à la seconde structure 3. Par éléments intrinsèques, on entend éléments 10 indissociables/constitutifs de la première structure 1. Le dispositif de mesure 100 comprend une pluralité de dispositifs optique 101, du type caméras, et des moyens de traitement 102, du type unité centrale, pour le traitement des signaux électriques issus des dispositifs optique 101 auxquels les moyens de traitement sont reliés.

15 Le nombre de dispositifs optique 101 est adapté pour prendre des images de l'ensemble de la peau 6 de la première structure 1 de telle sorte que chaque rivet 10 de ladite structure soit dans le champ de vision d'au moins trois dispositifs optique 101. Afin de procéder à une mesure de la position de la première structure 1 par photogrammétrie le long de son axe de déplacement X, les 20 dispositifs optique 101 sont en outre arrangés de sorte à couvrir un trajet prédéterminé de la première structure mobile 1. A cet effet, les dispositifs optique 101 sont positionnés à une distance prédéterminée, par exemple de l'ordre de 1 à 2 mètres, de la peau 6 de la première structure 1. Les dispositifs optique 101, par exemple de type caméra CMOS (semi-conducteurs à métal-oxyde complémentaires) ou CCD (dispositif à couplage de charges), ont une définition d'au moins 25 15 Mégapixels par caméra. La position spatiale des dispositifs de prise de vue 101 dans un repère fixe de mesure O,X,Y,Z appelé référentiel commun, est enregistrée dans une mémoire des moyens de traitement 102. Dans l'exemple représenté à la figure 1, ces dispositifs sont, par exemple, fixés au plafond (non 30 représenté) d'un hall d'assemblage 110. Le référentiel commun O,X,Y,Z est dans ce cas lié au hall d'assemblage 110. Selon l'invention, et en référence avec la figure 2, les moyens de traitements 102 sont configurés pour mettre en oeuvre une étape d'acquisition 20 d'images prises simultanément par chacun des dispositifs optique 101 et pour mettre en oeuvre différents algorithmes de traitement 35 d'images pour : - dans une étape de reconnaissance 21, extraire les rivets 10 des autres éléments de la peau 6 3036473 4 de la première structure 1 et déterminer la position de ces rivets sur chaque image, - dans une étape d'identification 22, identifier chaque rivet 10 détecté sur les différentes images, et - dans une étape de reconnaissance 23 de la position de chaque rivet, déterminer la position 5 respective de chaque rivet identifié dans le référentiel commun via un procédé de photogrammétrie. La finalité du traitement d'image mis en oeuvre par les moyens de traitement 106 est la construction d'un nuage de points, les points étant les centres 11 des rivets détectés, en trois dimensions de la première structure 1 dans le référentiel commun O,X,Y,Z afin de mesurer la 10 position de cette dernière. Dans l'étape de reconnaissance des rivets 21, les moyens de traitement 102 mettent en oeuvre un algorithme de reconnaissance appliqué à chaque image, travaillée en niveaux de gris. Cet algorithme consiste en une opération d'extraction 21a,21b des rivets de l'image et une opération de 15 détermination 21c des coordonnées des centres des rivets extraits. L'opération d'extraction 21a,21b des rivets permet de séparer les rivets 10 d'autres éléments présents sur la prise de vue, comme la peau 6 ou des aspérités de surface de cette dernière. A cet effet, cette opération comprend l'application de deux filtres successifs qui sont appliqués à chacune des images: 20 - un filtre par seuillage adaptatif 21a de sorte à détecter une forme caractéristique des rivets 10, comme par exemple les têtes 11 de rivets. Dans l'image visualisée en niveau de gris, la tête d'un rivet étant blanche (respectivement noir), tous les points détectés de niveau de gris trop faible (respectivement trop élevé) sont supprimés ; et - un filtre de détection du contour 21b des têtes 11 appliquée à l'image précédemment filtrée pour 25 accentuer la détection des contours des têtes de sorte à repérer avec précision leur étendue sur l'image. A cet effet, une technique de filtrage de détection de contours par gradient morphologique est employée, cette technique consistant notamment à effectuer une dilatation de l'image filtrée et une érosion de l'image filtrée, puis à soustraire l'image érodée de l'image dilatée.

30 Une fois ces deux filtres appliqués, l'image ne comprend plus que des surfaces fermées par des contours qui peuvent avoir des formes disparates de sorte que les coordonnées précises des rivets sur l'image, et en particulier leurs centres, ne peuvent être déterminées. Ces formes disparates sont notamment dues à des mauvaises conditions d'illumination des têtes, des reflets sur les têtes, ou encore des têtes déformés par la courbure de la peau.

35 L'opération de détermination 21c des coordonnées des rivets 10 extraits est mise en oeuvre afin de détecter avec précision les coordonnées des rivets extraits sur l'image. Cette opération 3036473 5 consiste en la recherche, pour chaque contour, de la plus petite ellipse contenant le contour. A la fin de cette opération, les coordonnées du centre des ellipses, qui s'apparente au centre des rivets, et les coordonnées des ellipses sont déterminées sur chaque image.

5 Dans une deuxième étape, les moyens de traitement mettent en oeuvre l'étape d'identification 22. Cette étape comprend la mise en oeuvre d'un algorithme d'identification qui consiste, dans un premier temps, en une opération de calcul 22a d'au moins un indicateur pour chaque ellipse de chaque image. Les indicateurs sont liés à la configuration (lignes verticales, horizontales, croisement...) des rivets 10, identifiés comme des ellipses à l'image, sur la peau de la 10 première structure. Les indicateurs sont, par exemple, pris parmi les indicateurs suivant : - le nombre d'ellipses dans le voisinage de l'ellipse étudiée ; - si l'ellipse est comprise sur une ligne horizontale d'ellipse ; - si l'ellipse est comprise sur une ligne verticale d'ellipse ; - si l'ellipse est comprise sur une ligne diagonale d'ellipse ; 15 - si l'ellipse est comprise est à l'intersection de deux lignes ; - si l'ellipse est au centre d'un croisement de lignes verticales et horizontales d'ellipse; - si l'ellipse est en fin de ligne d'ellipse ; - la détermination de l'angle d'incidence avec les centres des ellipses les plus proches ; - la position de l'ellipse dans l'image.

20 L'algorithme d'identification consiste ensuite, dans un second temps, en une opération d'identification de chacune des ellipses par un identifiant qui lui est propre. A cet effet, les moyens de traitement 102 mettent en oeuvre un algorithme d'apprentissage de la classe des séparateurs à vaste marge (en anglais : Support Vector Machine) en prenant comme données d'entrées la position 25 de chacun des dispositifs optique 101 dans le référentiel commun O,X,Y,Z et le ou les indicateurs associés à chaque ellipse sur les images. Cet algorithme, visant des recalages d'images, consiste à appairer pour une paire d'images prises par deux dispositifs optique 101 distincts, les ellipses qui ont les mêmes indicateurs sur la première et sur la seconde image. A l'issue de l'étape d'identification 22, à chaque ellipse, qui se retrouve sur au moins trois 30 images prises par trois dispositifs de prises de vues différents, est associé un identifiant (étiquette) propre. Les coordonnées de chaque centre d'une ellipse identifiée sont ainsi déterminées sur au moins trois images différentes. Une fois les ellipses identifiées avec un identifiant unique, les moyens de traitement 35 mettent en oeuvre l'étape de détermination de la position de chaque rivet 23. Cet étape comprend la mise en oeuvre d'un algorithme de photogrammétrie 23 pour déterminer les coordonnées de chaque 3036473 6 centre d'ellipse identifiée dans le référentiel commun O,X,Y,Z. Un tel algorithme, basé sur le principe de triangulation, est connu de l'homme du métier est ne sera donc pas détaillé plus avant. La finalité de l'étape 23 est de construire un nuage de point en trois dimensions de la première structure 1, les points étant les centres des ellipses (sensiblement de même coordonnées que les 5 centres des rivets). Ce nuage de point permet de donner la position respective de chaque rivet 10 dans le référentiel commun, et donc de déterminer la position de la première structure 1 dans le référentiel commun O,X,Y,Z Avantageusement, le dispositif de mesure 100 selon l'invention peut être connecté à un 10 dispositif d'affichage comprenant un écran afin afficher sur ce dernier la position des points dans le référentiel commun O,X,Y,Z. Ainsi, des opérateurs peuvent suivre et contrôler en direct le déplacement de la première structure. L'invention est avantageuse en ce que le nuage de points est construit sans l'utilisation de 15 cibles extérieures. En effet, selon l'invention, ce sont les rivets 10 déjà présents dans la structure qui sont utilisés comme cibles pour la photogrammétrie. Ainsi, l'invention permet d'éliminer les étapes d'installation et de désinstallation des cibles, et répond ainsi au besoin susmentionné d'un moyen de mesure de la position d'une structure qui soit rapide à mettre en oeuvre 20 Outre cet avantage, le dispositif de mesure 100 selon l'invention, peut être installé à demeure dans un hall d'assemblage 110 contrairement au projecteur laser utilisé dans les techniques de mesures selon l'art antérieur. En outre, l'utilisation d'un laser nécessite des précautions d'emploi particulières et de ce fait, le dispositif selon l'invention qui n'utilise que des dispositifs optique de type caméra est par conséquent plus simple à mettre en oeuvre.

25 Sans sortir du cadre de la présente invention, le dispositif de mesure 100 tel que décrit peut être utilisé pour réaliser rapidement et simplement des maquettes numériques en trois dimensions d'une structure comprenant des rivets. A cet effet, les positions des rivets sont enregistrées dans une base de données inscrite dans une mémoire du dispositif de mesure 100.

30 En référence avec la figure 3, le dispositif de mesure 100 selon l'invention est utilisé pour l'automatisation de l'assemblage de la première structure 1 à une seconde structure 3. La seconde structure 3 est montée sur un support fixe 30 et est, par exemple, un autre tronçon de fuselage formé de manière identique à la première structure.

35 L'étape d'assemblage des deux structures 1,3 consiste à rapprocher, par translation, selon l'axe horizontal X, la première structure 1 monté sur le support mobile 2 de la seconde structure 3 3036473 7 jusqu'à ce que les deux structures soient jointes, Elles sont ensuite définitivement fixées l'une à l'autre par exemple, par rivetage. Le support mobile 2 comprend des moyens de translation de la première structure 1, comme par exemple des glissières 2a motorisés dont le mouvement est commandé par un moteur 5 piloté par les moyens de traitements 102. En outre, la première structure est fixé au support mobile via des actionneurs 2b, de type vérins, pilotés par les moyens de traitement 102. Les moyens de traitements 102 sont prévus pour comparer, à intervalles réguliers, les positions successives suivant l'axe horizontal X de la première structure 1 mesurée par les moyens de traitements 102 selon le procédé décrit ci-dessus et des positions prédéfinies enregistrées dans 10 une mémoire des moyens de traitement. En cas d'écart entre les deux positions comparées, les moyens de traitement 102 pilotent les actionneurs 2b et/ou le moteur 2a des glissières 2a pour corriger la position de la première structure 1. Ce mode de réalisation permet d'apporter des corrections automatiques de l'alignement des deux structures 1,3 de sorte à respecter les tolérances de montage et d'assemblage de la première 15 structure 1 à la seconde structure 3. Ce mode de réalisation est avantageux en ce que la mesure de la position de la première structure ne nécessite pas la pose de cibles sur cette dernière. Ainsi, la mise en oeuvre de ce mode de réalisation est simple et rapide. L'invention a été décrite en utilisant un rivet 10 en tant qu'élément récurrent et intrinsèque 20 d'une structure comme cible pour employer un procédé de photogrammétrie. Sans sortir du cadre de la présente invention, d'autres éléments récurrents et intrinsèques d'une structure, comme des points de soudures (par exemple des points de soudure industrielle automatique de type MIG), ou encore des boulons ou vis pourraient être utilisés en lieu et place des rivets.

Claims

REVENDICATIONS1) Procédé de mesure de la position d'une structure (1) mobile dans un référentiel (O,X,Y,Z), la structure comprenant une pluralité d'éléments récurrents (10) intrinsèques à la structure, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) acquisition (20), par des moyens de traitements (102), d'images de la structure (1) prises simultanément par une pluralité de dispositifs optique (101), chaque élément récurrent (10) de la structure étant dans le champ de vision d'au moins trois dispositifs optique distincts ; b) extraction (21a,21b) sur chacune des images, par les moyens de traitements, des éléments récurrents et détermination (21c), par les moyens de traitements, de la position desdits éléments récurrents à l'image ; c) calcul (22a) par, les moyens de traitements, d'au moins un indicateur pour chacun des éléments récurrents détectés sur chaque image ; d) identification (22b), par les moyens de traitement, de chacun desdits éléments récurrents en associant un identifiant unique à chacun desdits éléments, l'identifiant étant lié à la position de chacun des dispositifs optique dans le référentiel et à au moins un indicateur associé à chacun desdits éléments sur chaque image ; et e) détermination de la position (23), par les moyens de traitement mettant en oeuvre un algorithme de photogrammétrie, de chaque élément récurrent dans le référentiel (O,X,Y,Z).
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape b) comprend : - un seuillage adaptatif (20a) de chacune des images de sorte à détecter une forme caractéristique (11) des éléments récurrents ; et - une opération de détection (20b) d'un contour pour chaque forme caractéristique détecté.
3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape b) comprend la recherche (21c), pour chaque contour, de la plus petite ellipse contenant le contour.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque indicateur est calculé (22a) en fonction de la configuration des éléments récurrents (10) sur la structure (1), et est, pris parmi les indicateurs suivant : - le nombre d'ellipses dans le voisinage de l'ellipse étudiée ; - si l'ellipse est comprise sur une ligne horizontale d'ellipse ; - si l'ellipse est comprise sur une ligne verticale d'ellipse ; 3036473 9 - si l'ellipse est comprise sur une ligne diagonale d'ellipse ; - si l'ellipse est comprise est à l'intersection de deux lignes d'ellipse ; - si l'ellipse est au centre d'un croisement de lignes verticales et horizontales d'ellipse; - si l'ellipse est en fin de ligne d'ellipse ;
5 - la détermination de l'angle d'incidence avec les centres des ellipses les plus proches ; - la position de l'ellipse dans l'image. 5) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape d) comprend la mise oeuvre 10 d'un algorithme d'apprentissage de la classe des séparateurs à vaste marge de sorte à appairer (22b), pour une première et une seconde images prises par deux dispositifs optique distincts (10 là, les ellipses qui ont les mêmes indicateurs sur la première et sur la seconde image. 15
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape supplémentaire d'affichage, sur un écran, de la position de chaque élément récurrent (10) de la structure dans le référentiel (O,X,Y,Z).
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 20 éléments récurrent intrinsèques (10) à la structure sont pris parmi les rivets, les boulons, des points de soudures.