FR3084173A1

FR3084173A1 - Systeme d'asservissement mecanique motorise d'un plan holographique pour le guidage manuel de precision

Info

Publication number: FR3084173A1
Application number: FR1870838A
Authority: FR
Inventors: Stephane Weibel; Sebastien SCHNEIDER
Original assignee: Holomake
Current assignee: Holomake
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-01-24
Also published as: WO2020016488A1

Abstract

La présente invention se rapporte à un système de réalité augmentée optique directe fixe comprenant une surface miroir semi transparente (5) ; et un élément (14) capable d'émettre une image source qui est réfléchie sur la surface miroir semi transparente (5) de sorte à former un hologramme de l'image source. Le système comprend en outre un système de contrôle et d'asservissement (16) configuré pour régler au moins la hauteur de l'hologramme, via un asservissement de la position en hauteur de la surface miroir semi transparente (5) et/ou de l'élément (14) capable d'émettre une image source. L'hologramme est formé grâce à l'effet d'optique du fantôme de Pepper, et peut servir de guide cognitif visuel pour l'action d'une ou plusieurs mains humaines dans une zone spatialement délimitée.

Description

Système d’asservissement mécanique motorisé d’un plan holographique pour le guidage manuel de précision [1] L'invention décrite ici s'applique au domaine de l’industrie et vise à augmenter un poste de travail manuel avec des guides visuels haute définition qui apparaissent très précisément dans la région de travail en surimpression des objets réels, des mains et des outils.

[2] Après la mécanisation, la production de masse et à la chaîne puis l’automatisation, la quatrième révolution industrielle voit l’apparition de systèmes cyber-physiques qui viennent remplacer tout ou partie des activités auparavant manuelles. Dans ce contexte, se pose la question de la place de l'humain dans cette industrie du futur et de sa collaboration avec les systèmes cyber-physiques.

[3] La présente invention a pour objectif d’augmenter le poste de travail manuel en y adaptant un mécanisme d’affichage, qui s’apparente à un système de vision tête haute (HUD, de l’anglais Head Up Display), qui vient faire apparaître une information dans la région de travail. Cette information qui apparaît sert de guide à l’opérateur qui sera alors assisté visuellement lors d’opérations manuelles qui requièrent de la dextérité et de la précision.

[4] L'objectif est d’augmenter les performances de l’opérateur humain dans l’usine du futur pour lui permettre de rester compétitif face à l’arrivée des systèmes cyberphysiques. En effet, dans l’industrie, les opérateurs de ligne d’assemblage sont confrontés à des structures de produit complexes et à des séquences d'assemblage complexes. Cette complexité combinée à la pression de devoir compléter l’assemblage dans un minimum de temps et avec une qualité maximale empêche l’opérateur de pouvoir agir de façon optimale.

[5] Avec la réalité augmentée, il est possible d’afficher des informations numériques liées au contexte et aux objets par-dessus l’environnement réel afin d’augmenter la perception de la réalité d’un utilisateur. Aujourd’hui ces systèmes de réalité augmenté sont utilisés surtout dans les jeux vidéo, le sport ou le tourisme.

L’adoption peine à se réaliser dans le domaine de l’industrie, principalement parce que la configuration de l’environnement industriel est particulièrement complexe et contrainte. Une des clés de la réussite de l’adoption de la réalité augmentée dans le secteur industriel est l’acceptance par les utilisateurs eux-mêmes. Un grand nombre d’études montre que la réalité augmentée offre une réelle amélioration de la vitesse d’assemblage avec une baisse de la charge cognitive et en prime une augmentation de la qualité (taux d’erreur plus bas). Ceci est d'autant plus marqué sur des opérateurs novices.

[6] II est connu des dispositifs de guidage visuel des opérations manuelles qui s’apparentent à des systèmes de réalité augmentée basés sur une projection d’image holographique de type Fantôme de Pepper'’ (en anglais : Pepper’s Ghost effect). En effet le guide visuel qui apparaît en surimpression du plan de travail est issu du reflet d’une source d’image dans une surface miroir semi-transparente.

[7] Cet effet d’optique, découvert au XIXème siècle, est surtout utilisé dans les représentations scéniques ou pour des présentations de produits, comme décrit dans les documents brevets WO 2005096095 A1, WO 2011045437 A1, EP 2508933 A1 ou encore US 8692738 B2.

[8] Un tel effet d’optique, mis en œuvre avec une source d’image qui est un écran standard, permet de créer un reflet fondamentalement plan. Ce plan est donc inefficient pour comprendre la structure 3D d’un objet volumique réel ou pour afficher la structure volumique d’un objet virtuel.

[9] Lorsque l’on parle de réalité augmentée aujourd’hui, les usages visés sont plus orientés vers le grand public que vers le monde professionnel, et les dispositifs proposés sont soit à porter sur la tête (casque, lunettes), comme décrit dans les documents brevets US 6972734 B1. US20140320389 A1, US9436006 B2_;US 20140320389 A1, ou US 8990682 B1 ; soit à porter à la main (smartphone, tablette), comme décrit dans les documents brevets US 20180008897 A1, US 8633946 B2, ou WO16048366A1. L'autre façon de faire de la réalité augmentée est avec un dispositif en fixe, donc non porté, qui peut-être soit de type réflectif soit de type projectif. La réalité augmentée de type réflective, que Ton peut appeler aussi la réalité augmentée directe optique, est celle que l’on exploite dans la présente invention et qui est aussi exploitée par les systèmes de vision tête haute (HUD, de (anglais Head Up Display), comme décrit dans le document brevet US 20120113140 A1, ou plus généralement par tout système de type “Fantôme de Pepper”, comme décrit dans les documents brevets WO 2007072014 A3, ou US 20140362439 A1. Toutefois, de tels systèmes ne permettent pas de régler précisément la position de (hologramme dans l’espace. Ceci est particulièrement gênant dans le contexte du guidage visuel d’opérations manuelles dans (espace, en particulier lorsque (hologramme est un plan holographique. En effet, les mains de (opérateur étant amenées à bouger au cours des différentes opérations, il est particulièrement crucial que (hologramme puisse être repositionné précisément et régulièrement.

[10] La réalité augmentée de type projective, que l'on peut appeler aussi la réalité augmentée directe projective, fonctionne avec un projecteur de lumière qui projette une image ou information sur un support physique existant, comme décrit dans les documents brevets US 20160019212 A1, US 20070153375 A1, ou WO 2016206874 A1. Les inconvénients des systèmes mettant en œuvre une telle réalité augmentée par projection sont les suivants : il est nécessaire d’avoir un support physique pour la projection, le corps positionné entre le projecteur et le support intercepte la lumière et crée une ombre portée qui empêche d’avoir un guidage de précision.

[11 ] L’invention a donc pour but de fournir un système de réalité augmentée optique directe fixe, permettant de régler précisément et régulièrement la position de (hologramme dans (espace, et palliant aux inconvénients susmentionnés de (état de la technique.

[12] A cet effet, l’invention concerne un système de réalité augmentée optique directe fixe, comprenant une surface miroir semi transparente (5) ; et un élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source qui est réfléchie sur la surface miroir semi transparente (5) de sorte à former un hologramme de (image source dans une région de travail située à (opposé dudit élément (14 ; 15) par rapport à la surface miroir semi transparente (5) ; au moins (un de la surface miroir semi transparente (5) et de (élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source étant monté mobile en translation verticale ;

comprenant en outre un système de contrôle et d’asservissement (16) configuré pour régler au moins la hauteur de l'hologramme, via un asservissement de la position en hauteur de la surface miroir semi transparente (5) et/ou de l’élément (14 ; 15) capable d'émettre une image source.

[13] Grâce à l’asservissement mécanique réalisé par le système de contrôle et d’asservissement, il est possible de régler très précisément l’endroit où apparaît l’hologramme issu du reflet de l’élément capable d’émettre une image source dans la surface miroir semi-transparente. Cet hologramme, qui peut notamment être un plan holographique adapté à l’échelle des mains humaines, permet par exemple de guider les opérations manuelles d’un opérateur dans une zone de travail avec une précision sub-millimétrique, par exemple dans une zone de travail de 40x40x40cm approximativement. Ceci permet d’augmenter le poste de travail des opérateurs, en aidant par exemple les opérateurs à achever des tâches d’assemblage de la manière la plus efficace possible.

[14] En outre, le système selon l’invention est totalement non intrusif pour l’opérateur qui n’a pas besoin de porter un appareil et c’est ce qui en fait un dispositif plus facilement adopté par les opérateurs.

[15] Enfin, dans le cas de la présente invention, l’image ou l’information perçue sur la zone de travail est issue d’un reflet sur une surface miroir intermédiaire située à mi-chemin entre l’élément capable d’émettre une image source et la zone de travail de l’utilisateur. Tout l’espace situé entre cette surface miroir intermédiaire et la zone de travail où apparaît l’hologramme est libre pour interagir et aucun objet dans cette zone ne vient masquer à l’opérateur la vision de l’hologramme.

[16] Des formes particulières du système de réalité augmentée optique directe fixe sont définies selon l’invention.

[17] Avantageusement, le système de contrôle et d’asservissement comprend des moyens mécaniques motorisés de déplacement en hauteur de la surface miroir semi transparente et/ou de l’élément capable d’émettre une image source ; et un système de contrôle et de calcul informatique relié aux moyens mécaniques motorisés.

[18] Avantageusement, le système comprend outre un plateau de support de l’élément capable d’émettre une image source, ledit plateau étant monté mobile en translation verticale et en rotation autour d’un axe sensiblement horizontal, le système de contrôle et d’asservissement étant configuré en outre pour régler un angle d’inclinaison de l’hologramme, via un asservissement de l’angle formé par ledit plateau mobile par rapport à un plan horizontal.

[19] Avantageusement, le système comprend en outre une source de lumière fixée sous la surface miroir semi transparente pour éclairer la région de travail.

[20] Avantageusement, le système comprend en outre des moyens de réglage de l’intensité et/ou de la couleur de la lumière émise par la source de lumière. Ceci permet de régler précisément le mélange visuel entre l’hologramme et la région de travail en fonction des conditions de lumière ambiante.

[21] Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’élément capable d'émettre une image source est un appareil électronique, notamment un écran électronique rétro-éclairé ; l’hologramme formant un plan holographique, le contenu du plan holographique étant constitué d’une ou plusieurs images fixes ou animées, et/ou d’un ou plusieurs textes.

[22] Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation, le système comprend en outre un dispositif d’information relié au système de contrôle et d'asservissement via un réseau informatique local, ledit dispositif d’information étant configuré pour transmettre à l'appareil électronique, via le système de contrôle et d’asservissement, ledit contenu du plan holographique.

[23] Avantageusement encore, dans ce premier mode de réalisation, le contenu du plan holographique correspond à une séquence d’images, et le système comprend en outre des moyens de commande du passage d’une image à une autre de la séquence d’images, notamment une commande manuelle de type pédale, bouton de commande, commande vocale ou gestuelle, ou encore une commande automatisée de type caméra installée sur le système et configurée pour générer un signal d’activation de commande.

[24] Avantageusement encore, dans ce premier mode de réalisation, le système comprend en outre un capteur de type caméra relié au système de contrôle et d’asservissement, ledit capteur étant installé au niveau de la source de lumière, sous la surface miroir, de sorte à scanner la région de travail et à réintroduire dans le contenu du plan holographique, via le système de contrôle et d’asservissement et l'appareil électronique, le contenu numérique acquis, de manière à former un système de calques virtuels dans le plan holographique. Ceci permet de travailler pas à pas sur un objet physique avec un système de calque qui guide la séquence.

[25] Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, l’élément capable d’émettre une image source est un objet physique opaque ou transparent.

[26] Avantageusement, dans ce deuxième mode de réalisation, le système comprend en outre une ou plusieurs sources de lumières additionnelles orientées vers l’objet physique et configurées pour éclairer ledit objet.

[27] Avantageusement, le système comprend en outre un plateau mobile support à au moins un objet d’intérêt positionné dans ladite région de travail, la surface miroir semi transparente et l’élément capable d’émettre une image source étant fixés en suspension sur une plateforme située au-dessus de la région de travail.

[28] Avantageusement, le système de contrôle et d’asservissement est configuré en outre pour asservir ledit plateau mobile en rotation autour d’un axe vertical et/ou en translation le long de cet axe vertical.

[29] Avantageusement, le système comprend en outre une surface transparente de même matériau et de même épaisseur que la surface miroir semi transparente, ladite surface transparente étant agencée entre l’élément capable d’émettre une image source et la surface miroir semi transparente, par exemple appliquée contre ledit élément. Ceci permet de corriger des problèmes de réfraction optique de la lumière, afin de conserver le calage des éléments quels que soient le point de vue et l’angle de vue. De préférence, la surface transparente est collée à l’élément capable d’émettre une image source. Ceci permet d’éviter tout risque de spécularité ou autre modification de couleur.

[30] A cet effet, l’invention concerne également un procédé de calibration d’un système de réalité augmentée optique directe fixe tel que décrit précédemment, dans lequel l’élément capable d’émettre une image source est un appareil électronique (14), notamment un écran électronique rétro-éclairé (14) ;

L’hologramme formant un plan holographique (8), le système comprenant en outre un plateau mobile (13) support à au moins un objet d'intérêt (3) positionné dans la région de travail ; le procédé étant mis en œuvre par le système de contrôle et d’asservissement (16) et comprenant une étape consistant à afficher une mire au niveau du plan holographique (8), la mire étant composée d’une texture et d’un point représentant un centre de rotation, de sorte à permettre d'aligner la hauteur du plan holographique (8) avec le plan défini par le plateau mobile (13), par alignement de la texture de la mire avec le plateau mobile (13), et de positionner le plan holographique (8) selon deux directions horizontales, par alignement du centre de rotation de la mire avec le centre de rotation du plateau mobile (13).

[31] [32] Avantageusement, le plateau est monté mobile en rotation autour d’un axe vertical et mobile en translation le long dudit axe vertical, et le système de contrôle et d’asservissement est configuré en outre pour asservir le plateau mobile en rotation autour d'un axe vertical et/ou en translation le long de cet axe vertical, le procédé comprenant en outre les étapes suivantes :

- mettre en mémoire un modèle en trois dimensions de l’objet d’intérêt ;

- calculer, à partir du modèle en trois dimensions de l’objet d’intérêt, de l’angle de rotation du plateau mobile autour de l'axe vertical, et de la position en hauteur du plateau mobile le long dudit axe vertical, une représentation virtuelle du plan de coupe réel de l’objet d’intérêt ;

- afficher dans le plan holographique la représentation virtuelle du plan de coupe calculée.

[33] Ceci permet notamment de comprendre la structure 3D d’un objet volumique réel, ou encore d'afficher la structure volumique d'un objet virtuel.

[34] [35] Les buts, avantages et caractéristiques du système de réalité augmentée optique directe fixe, apparaîtront mieux dans la description suivante sur la base d'au moins une forme d'exécution non limitative illustrée par les dessins sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective d’un premier exemple de réalisation d’un ί

système de réalité augmentée optique directe fixe selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 2 est une vue en perspective d’un deuxième exemple de réalisation d’un système de réalité augmentée optique directe fixe selon le premier mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 3 est une vue en perspective d’un système de réalité augmentée optique directe fixe selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 4 est une représentation simplifiée du système de réalité augmentée optique directe fixe selon le premier mode de réalisation de l’invention.

[36] Les figures 1 à 4 représentent un système de réalité augmentée optique directe fixe comprenant une surface miroir semi-transparente 5, une source de lumière LED d’intensité variable 10 et deux plateaux asservis 6, 13.

[37] La surface miroir 5 est positionnée à l’horizontal et est réglable en hauteur, soit manuellement soit mécaniquement via un guidage linéaire motorisé avec un moteur pas à pas, avec une précision sub-milîimétrique. Ce réglage permet de positionner la surface de façon optimale afin que l’utilisateur 1 puisse voir son espace de travail à travers elle. La position du miroir dépend de la posture de l’utilisateur 1 (debout ou assis) et de sa taille (grande ou petite personne). Cette surface miroir semi-transparente 5 est par exemple une plaque de verre ou de plexiglas recouverte d’un film semi-réfléchissant ou bien une plaque de plexiglas recouverte d’un revêtement semi-réfléchissant appliqué sous vide. Ce traitement rend la surface réfléchissante avec un coefficient de réflexion à choisir en fonction du cas d'application et de l’environnement d'utilisation. Dans le cas idéal, cette surface doit être totalement plane et sans épaisseur pour éviter les problèmes gênants de réfraction, comme illustré sur la Figure 4. Ces problèmes de réfraction sont d’autant plus visibles lorsque l’on travaille avec un reflet collimaté (aligné) sur les objets réels. Pour corriger ce problème optique, une plaque miroir épaisse en plexiglas 5 est utilisée, et la réfraction de ce matériau est compensée avec une seconde plaque 7 de même matériau et de même épaisseur mais sans traitement réflectif placée entre le miroir 5 et la source de l’image 14.

[38] La région de travail située sous la surface miroir est éclairé par une ou plusieurs sources de lumière LED 10 qui sont fixées sous la surface miroir et orientées vers le bas, vers le plan de travail 2. Cet éclairage devant être le plus diffus et homogène possible, il est utilisé une surface d'éclairage composée de LED. La dimension de cette surface dépend du cas d’usage et de l’environnement d’utilisation. Un réglage manuel précis de l’intensité de l’éclairage LED permet de modifier à tout moment le mélange visuel entre le reflet perçu dans la surface miroir et la région de travail située sous la surface miroir.

[39] Le réglage (intensité de couleur) de la lumière LED 10 s’effectue par l’intermédiaire d’un potentiomètre positionné du côté gauche ou du côté droit et réglable à la main. Il est par exemple possible de régler l’intensité lumineuse via une pédale activable au pied en fonction des usages. Par ailleurs le réglage de l'intensité et de la couleur des sources de lumière peut être piloté par un système automatique informatisé.

[40] Les deux plateaux asservis 6, 13 servent de support, un premier plateau 13 pour l'objet physique d’intérêt et un autre plateau 6 pour la source de l’image.

[41] Le premier plateau que l’on appelle le plateau de travail 13 est fixé sur le plan de travail 2 et sert de support à l'objet physique d’intérêt 3 que l’on appelle l’objet d'étude.

[42] Le plateau de travail 13 est fixé à l’horizontal et est asservi selon deux degrés de liberté en rotation autour d'un axe vertical via une roue codeuse et en translation le long de ce même axe, comme illustré sur les Figures 2 et 3. Ce plateau sert de support à l’objet d’étude 3 qui est posé ou fixé dessus.

[43] Le second plateau que l’on appelle le plateau suspendu 6 est une plaque rigide transparente ou évidée, suspendue au-dessus de la surface miroir semitransparente 5. Ce plateau est lui aussi fixé à l'horizontal dans sa position de repos et est asservi lui aussi selon deux degrés de liberté qui sont la rotation autour d’un axe X et la translation le long de l’axe Z, comme illustré sur les Figures 2 et 3. Ce plateau suspendu 6 sert de support à la source du reflet holographique 14, 15.

[44] Sur te plateau suspendu 6, un capteur de mesure de l’inclinaison 12 (inclinomètre) permet de connaître l’inclinaison de la source de l’image et sera relié au processeur 16 qui calcule le plan de coupe correspondant.

[45] L’asservissement des mécanismes de translation et de rotation est assuré par le système informatique 16 qui récupère les mesures des positions des mécanismes et qui contrôle les actionneurs qui vont permettre à ces mécanismes d’atteindre leur valeur de consigne. Dans le cas de la présente invention, les mécanismes de translation sont assurés par des guides linéaires dotés de courroies de transmission. Pour la rotation, une roue dentée permet au système asservi de positionner le plateau support à l’inclinaison de consigne et d’orienter le plateau de travail à l’angle de consigne.

[46] Dans un mode général, notamment pour la calibration qui sera décrite par la suite, le positionnement en translation et en rotation peut être réalisé manuellement. Selon une variante de réalisation, et selon le cas d’usage, les plateaux support et de travail peuvent être fixes afin d’obtenir un système plus simple de mise en œuvre. Dans ce cas, seule la hauteur de la surface miroir 5 est réglable par asservissement mécanique contrôlé par le système informatique 16. Dans un mode préférentiel, l'ensemble des éléments cités, incluant la surface miroir 5 et tes plateaux de support et de travail 6, 13 sont réglables par asservissement mécanique contrôlé par te système informatique 16.

[47] Dans le cas d’une image numérique, la source d’image fixée à ce plateau suspendu est généralement un écran électronique rétro-éclairé 14 dirigé vers te bas, qui peut être :

- un moniteur LCD ou OLED

- une tablette numérique

- un smartphone.

[48] Dans ce cas, les images numériques peuvent faire partie d’une séquence d’image qui vont guider l’opérateur sur plusieurs opérations successives. Les images de la séquence changent en fonction de l’activation d’une commande:

- activée par une action physique sur une ou plusieurs pédales activées au pieds ce qui permet de garder les deux mains libres

- vocale venant de l’opérateur lui-même

- activée par un signal réseau provenant d’un système tiers comme un capteur installé sur le système par exemple une caméra avec détection de mouvement.

[49] L'utilisation du système avec une source d’image numérique est illustrée sur la Figure 2. Mais, la source de l’image n’est pas forcément numérique ; il est en effet possible d’utiliser un objet physique réel 15, comme illustré sur la Figure 3. Dans ce cas, c’est le reflet de cet objet réel 15 qui apparaîtra en 3D et en volume de l’autre côté du miroir 5. Cet objet doit être éclairé par une ou plusieurs sources de lumière 10 réglables manuellement ou automatiquement par un système informatique 16, comme illustré sur la Figure 3.

[50] L’objet réel 15 servant de source au reflet peut être de différent type et éclairé de différentes façons :

- une image imprimée sur papier opaque ou transparent

- un objet réel quelconque en volume éclairé par une ou plusieurs sources de lumière

- un objet réel quelconque en volume éclairée par un ou plusieurs vidéo projecteurs qui le recouvre d’une texture lumineuse spécifique (projectionmapping)

- un objet réel en fil de fer de façon à voir à travers et voir les structures cachées

- un objet réel transparent ou translucide de façon à voir les structures cachées

- une superposition de plaque de plexiglas sérigraphiées ou gravées, permettant de reconstituer un objet volumique transparent

- un bloc de plexiglas ou de verre marqué en 3D au laser permettant de reconstituer un objet volumique transparent.

[51] En regardant à travers la surface miroir 5, le reflet de l’image source est perçu comme un plan holographique 8 qui coupe la région de travail selon une position et une orientation symétrique définies par la position et l’orientation du plateau suspendu 6. Ce plan holographique 8 est à la résolution de l’image source affichée (par exemple une résolution 4K sur un écran 4K), et, en tant que plan, il s’affranchit des défauts de la vision 3D tel que la focalisation ou la stéréoscopie. Cela n'entraîne aucune gêne visuelle pour l'opérateur qui peut utiliser ce système non invasif quotidiennement sans fatigue oculaire. Ce plan holographique 8 se superpose aux objets réels 3 ainsi qu’aux mains et aux outils 4 de l’opérateur. Le reflet perçu 9 n’est ainsi modifié ni par la présence des objets réels 3 ni par celles des mains ou des outils 4 manipulés par l’opérateur.

[52] Lorsque le plan holographique 8 est constitué de contenu numérique issu d’un écran électronique 14, ce contenu peut-être du texte, des images, des vidéos ou du contenu en 3D ou bien enfin une composition de ces éléments. Comme indiqué précédemment le contenu n’est pas forcément numérique mais peut aussi être un objet physique volumique réel 15 et dans ce cas c’est le reflet de cet objet réel qui apparaîtra cette fois en volume 3D dans la région de travail. Certains éléments du contenu peuvent être coliimatés avec l'objet physique réel d’intérêt 3.

[53] Lors d'un usage en collimaté 9, la réfraction de la lumière doit être corrigée pour conserver le calage quels que soient le point de vue et l’angle de vue. Cette correction de réfraction est réalisée en appliquant sur la source de l’image 14, 15 une surface 7 de même matériau et de même épaisseur que la surface miroir semitransparente mais cette fois totalement transparente. Cette surface 7 doit être collée à la source d’image 14, 15 pour éviter tout risque de spécularité ou autre modification de couleur [54] Si l’usage en mode collimaté entre le reflet de la source d’image et l’objet réel est au choix lors de l’utilisation d’une source d’image numérique 14, il est généralement utilisé lorsque la source du reflet est un objet réel 15 car l’objectif est généralement de réaliser un contrôle de gabarit ou de forme.

[55] Les asservissements mécaniques de la surface miroir 5 et des plateaux 6, 13 ainsi que le contrôleur des sources de lumière 10 et la source d'image électronique 14 sont tous connectés à un processeur de calcul 16 qui permet leur contrôle précis.

[56] L’opérateur, en agissant sur des commandes électroniques, est capable de modifier à la fois la hauteur et l’inclinaison du plan holographique 8, ainsi que l’orientation et la hauteur du plateau de travail 13 support de l'objet physique d’étude 3.

[57] Dans le cas d’un usage avec une source d’image numérique 14, il est nécessaire de calibrer le plan holographique 2D 8 vis à vis du plateau de travail 13. Cette calibration s’opère grâce à une mire composée d’une texture et d’un point représentant le centre de rotation qui sera affichée par le processeur 16. A l’aide des commandes électroniques (opérateur aligne le plan holographique 8 avec le plan du plateau de travail 13. Puis (opérateur aligne le centre de rotation de la mire avec le centre de rotation du plateau de travail physique 13. Pour cette opération, (opérateur commence par placer le plateau de travail 13 à (endroit désiré sur le plan de travail 2 puis il agit sur le processeur 16 pour aligner la position du centre de rotation sur la mire avec le centre de rotation du plateau de travail.

[58] Cette calibration permet de déterminer la hauteur d'origine du plan holographique 8 (Z = 0). Le Z ~ 0 de référence correspond au Z min de (objet physique d’étude 3.

[59] Après calibration, le système est capable d’afficher dans le plan holographique 8 la représentation virtuelle du plan de coupe réel correspondant avec une précision sub-millimétrique. Le processeur 16 est aussi capable de calculer le plan de coupe correspondant au plan holographique.

[60] L’objet d’étude 3 est destiné à être placé sur le plateau de travail 13 et on dispose d’un modèle 3D de cet objet d’étude avec ses dimensions réelles. A partir de ce moment-là, le processeur 16 est capable d’extraire et d’afficher sur le plan holographique 8 le contenu du plan de coupe correspondant.

[61 ] L’opérateur va agir sur ces quatre paramètres :

- Hauteur du plan holographique 8

- Inclinaison du plan holographique 8

- Rotation du plateau de travail 13

- Hauteur du plateau de travail 13.

[62] Le processeur 16 va alors calculer et afficher sur le plan holographique le contenu du plan de coupe correspondant. Le processeur 16 est capable d’afficher des informations textuelles additionnelles attachées ou non à des éléments du plan de coupe.

[63] Lorsqu’il y a des tâches séquentielles à exécuter, pour chaque tâche le système est capable :

- d’orienter et d’élever le plateau de travail 13 de façon à présenter à (opérateur la partie de (objet d’étude 3 sur laquelle (action doit s’effectuer

- de placer le plan holographique 8 à la hauteur ou (action doit s’effectuer

- d’afficher les informations correspondantes à l’action à réaliser, qu’il s’agisse d’informations graphiques du plan de coupe ou d’informations textuelles 9.

[64] L'opérateur peut passer d’une tâche à l’autre par une action sur une commande électronique.

[65] Le présent système selon l’invention de réalité augmentée en poste fixe pour guider les opérations manuelles avec une haute précision peut s’appliquer à tous les domaines dès lors qu’il s’agit d’améliorer l’efficacité en temps et fiabiUser une tâche réalisée par un opérateur ou artisan humain. II peut s’agir d’une tâche manuelle complexe ponctuelle (comme dans le cas d’un artisan qui travaille de la matière brute) ou d’une séquence de tâches simples à la chaîne (comme dans le cas de la fabrication en petite ou moyenne série où le coût de l’automatisation du processus n'est pas rentable).

[66] Sans être exhaustif, quelques exemples de cas d’usages où un opérateur est guidé pour réaliser des tâches manuelles sont fournis ci-après :

- des collages de pièces à des emplacements précis

- des découpes de matière à des longueurs précises et variables

- tracer des contours sur un matériau qui sera usiné par ailleurs

- positionner des pièces sur le plan de travail pour effectuer une check-list ou pour réaliser un colisage suivant une pick-list

- assembler des éléments électriques ou mécaniques ou les deux entre eux

- insérer des fils électriques dans un connecteur

- insérer des composants électroniques dans un circuit imprimé

- dessiner et/ou peindre à partir d’un modèle sur tout type de support (bois, carton, papier, céramique, verre, tissus, carte à gratter, etc...)

- tracer/dessiner des éléments géométriques en perspective (urbaniste, architecte, bureau d’étude) à partir de guide de type ligne de fuite numérique

- décorer un support quelconque: papeterie ou pâtisserie pour décorer une série de gâteau en suivant le même modèle par exemple

- transférer une forme numérique sur un support physique de son choix avec l’outil de son choix.

[67] Et d’autres exemples pour lesquels le système selon l’invention sert d’affichage d’instructions en collimaté ou non sur un objet physique réel, utile pour la formation des opérateurs / techniciens :

- affichage du schéma de câblage et des broches d'un circuit électronique pour apprendre à l’utiliser

- affichage des instructions pour démonter un smartphone pour remplacement de batterie ou d’écran

- affichage d’un gabarit numérique de l’objet réel pour contrôle dimensionnel ou visuel de qualité de surface

- utilisation d’un objet réel comme source d’image analogique pour contrôler le gabarit et la forme d’un produit: un légume, un fruit, une pâtisserie, ... (tout produit devant respecter une calibration par facteur de forme). Dans ce cas d’usage, pour un contrôle optimal en volume de l’objet de référence, l’objet source doit être idéalement transparent afin de pouvoir vérifier la structure volumique interne. Cet objet transparent peut être obtenu par impression 3D des arêtes de la surface de l’objet (fil de fer analogique) ou par des plaques de plexiglas gravées en couche par couche.

[68] Optionnellement, le système selon l’invention peut intégrer un capteur supplémentaire de type caméra numérique 11 pour permettre le contrôle gestuel (commandes gestuelles), le contrôle optique (contrôle automatique) ou le scan de la région de travail. Cette caméra 11 vient s’installer près des sources de lumière 10 et sous la surface miroir 5 et est connectée au système de contrôle informatique 16 qui se charge du traitement du flux vidéo acquis.

[69] La caméra est capable de détecter les gestes d’un opérateur dans la zone de travail et, en fonction de ces gestes, de déclencher des actions automatiquement (passage à l’étape suivante, précédente, validation, etc..). La caméra connectée au système informatique 16 permet de réaliser un contrôle a posteriori d’une opération effectuée ; pour cela le système informatique 16 réalise un traitement d’image afin de comparer le résultat de l’opération avec l’image cible du résultat attendu. Le système est alors capable d’indiquer la qualité de l’action.

[70] Enfin, l’usage de cette caméra 11 qui offre le plus de possibilités est son utilisation comme scanner permettant de faire [acquisition numérique de l’environnement présent dans la région de travail et de proposer ce contenu à la source d’image numérique comme un calque qui se superpose à l’image numérique déjà présente. Ce système permet de travailler pas à pas sur un objet physique avec un système de calque qui guide la séquence. Un artisan va pouvoir se servir de ce système par exemple pour pouvoir reproduire un travail artisanal à l'identique sur plusieurs pièces : une gravure sur une matière souple, une 5 pyrogravure sur du bois, un dessin sur un support quelconque, etc... Un autre exemple du scan d’un objet réel avec le système selon l’invention est pour réaliser une rétro-ingénierie d’une pièce mécanique ou d’un circuit électronique en taille réelle. Enfin, ce système permet globalement de réaliser un transfert de forme d’un objet physique quelconque sur un support physique différent en passant par le 10 modèle numérisé qui sert alors de modèle pour le transfert vers le support cible.

Claims

Revendications [Revendication 1] Système de réalité augmentée optique directe fixe comprenant une surface miroir semi transparente (5) ; et un élément (14 ; 15) capable d'émettre une image source qui est réfléchie sur la surface miroir semi transparente (5) de sorte à former un hologramme de l’image source dans une région de travail située à l’opposé dudit élément (14; 15) par rapport à la surface miroir semi transparente (5) ; au moins l’un de la surface miroir semi transparente (5) et de l’élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source étant monté mobile en translation verticale ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de contrôle et d’asservissement (16) configuré pour régler au moins la hauteur de l’hologramme, via un asservissement de la position en hauteur de la surface miroir semi transparente (5) et/ou de l’élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source.

[Revendication
2] Système selon la revendication 1 dans lequel le système de contrôle et d’asservissement (16) comprend des moyens mécaniques motorisés de déplacement en hauteur de la surface miroir semi transparente (5) et/ou de l’élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source ; et un système de contrôle et de calcul informatique (16) relié aux moyens mécaniques motorisés.

[Revendication
3] Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un plateau (6) de support de l’élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source, ledit plateau (6) étant monté mobile en translation verticale et en rotation autour d’un axe sensiblement horizontal, le système de contrôle et d’asservissement (16) étant configuré en outre pour régler un angle d'inclinaison de l’hologramme, via un asservissement de l’angle formé par ledit plateau mobile (6) par rapport à un plan horizontal.

[Revendication
4] Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une source de lumière (10) fixée sous la surface miroir semi transparente (5) pour éclairer la région de travail.

[Revendication 5] Système selon la revendication 4, comprenant en outre des moyens de réglage de l’intensité et/ou de la couleur de la lumière émise par la source de lumière (10).

[Revendication 6] Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément capable d’émettre une image source est un appareil électronique (14), notamment un écran électronique rétro-éclairé (14) ; l’hologramme formant un plan holographique (8), le contenu du plan holographique (8) étant constitué d’une ou plusieurs images fixes ou animées, et/ou d’un ou plusieurs textes.

[Revendication 7] Système selon la revendication 6, comprenant en outre un dispositif d’information relié au système de contrôle et d’asservissement (16) via un réseau informatique local, ledit dispositif d'information étant configuré pour transmettre à l’appareil électronique (14), via le système de contrôle et d’asservissement (16), ledit contenu du plan holographique (8).

[Revendication 8] Système selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le contenu du plan holographique (8) correspond à une séquence d’images, et le système comprend en outre des moyens de commande du passage d’une image à une autre de la séquence d’images, notamment une commande manuelle de type pédale, bouton de commande, commande vocale ou gestuelle, ou encore une commande automatisée de type caméra (11 ) installée sur le système et configurée pour générer un signal d’activation de commande.

[Revendication 9] Système selon l’une des revendications 6 à 8 lorsqu’elle dépend de la revendication 4, comprenant en outre un capteur de type caméra (11) relié au système de contrôle et d’asservissement (16), ledit capteur (11) étant installé au niveau de la source de lumière (10), sous la surface miroir (5), de sorte à scanner la région de travail et à réintroduire dans le contenu du plan holographique (8), via le système de contrôle et d’asservissement (16) et l’appareil électronique (14), le contenu numérique acquis, de manière à former un système de calques virtuels dans le plan holographique (8).

[Revendication 10] Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément capable d’émettre une image source est un objet physique opaque ou transparent (15).

[Revendication 11] Système selon la revendication 10, comprenant en outre une ou plusieurs sources de lumières additionnelles orientées vers l’objet physique (15) et configurées pour éclairer ledit objet (15).

[Revendication 12] Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un plateau mobile (13) support à au moins un objet d’intérêt (3) positionné dans ladite région de travail, la surface miroir semi transparente (5) et l’élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source étant fixés en suspension sur une plateforme située au-dessus de la région de travail.

[Revendication 13] Système selon la revendication 12, dans lequel le système de contrôle et d'asservissement (16) est configuré en outre pour asservir ledit plateau mobile (13) en rotation autour d’un axe vertical et/ou en translation le long de cet axe vertical.

[Revendication 14] Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une surface transparente (7) de même matériau et de même épaisseur que la surface miroir semi transparente (5), ladite surface transparente (7) étant agencée entre l'élément (14 ; 15) capable d’émettre une image source et la surface miroir semi transparente (5), par exemple appliquée contre ledit élément (14 ; 15).

[Revendication 15] Procédé de calibration d’un système de réalité augmentée optique directe fixe selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément capable d’émettre une image source est un appareil électronique (14), notamment un écran électronique rétro-éclairé (14) ; l’hologramme formant un plan holographique (8), le système comprenant en outre un plateau mobile (13) support à au moins un objet d’intérêt (3) positionné dans la région de travail ; le procédé étant mis en œuvre par le système de contrôle et d’asservissement (16) et comprenant une étape consistant à afficher une mire au niveau du plan holographique (8), la mire étant composée d'une texture et d’un point représentant un centre de rotation, de sorte à permettre d'aligner la hauteur du plan holographique (8) avec le plan défini par le plateau mobile (13), par alignement de la texture de la mire avec le plateau mobile (13), et de positionner le plan holographique (8) selon deux directions horizontales,
5 par alignement du centre de rotation de la mire avec le centre de rotation du plateau mobile (13).

[Revendication 16] Procédé de calibration selon la revendication 15, dans lequel le plateau (13) est monté mobile en rotation autour d’un axe vertical et mobile en translation le long dudit axe vertical, et le système de contrôle et 10 d’asservissement (16) est configuré en outre pour asservir le plateau mobile (13) en rotation autour d'un axe vertical et/ou en translation le long de cet axe vertical, le procédé comprenant en outre les étapes suivantes :

- mettre en mémoire un modèle en trois dimensions de l’objet d'intérêt (3) ;

- calculer, à partir du modèle en trois dimensions de l’objet d’intérêt (3), de

15 l’angle de rotation du plateau mobile (13) autour de l’axe vertical, et de la position en hauteur du plateau mobile (13) le long dudit axe vertical, une représentation virtuelle du plan de coupe réel de l’objet d’intérêt (3) ;

- afficher dans le plan holographique (8) la représentation virtuelle du plan de coupe calculée.