Les systèmes de numérisation sont généralement associés à des systèmes de positionne-ment assurant la mobilité du capteur et/ou celle de l’objet afin de couvrir au maximum sa surface. En effet, la plupart des scanners sont des systèmes d’acquisition par vue direction-nelle, ainsi la numérisation d’un objet ne peut pas se faire en une seule acquisition. L’objet à numériser et/ou le système de numérisation doit (doivent) être déplacé(s) afin d’explorer sa forme et d’acquérir un maximum de données. Les changements de positions du capteur et/ou de l’objet engendrent des traitements spécifiques à appliquer sur les données acquises. Le recalage des différentes vues capturées en est la principale opération : il s’agit de la mise en correspondance des acquisitions par rapport à un référentiel commun afin d’obtenir une re-construction complète. Ce recalage s’appuie sur la mise en correspondance de caractéristiques extraites de différents points de vue. Cette opération peut se faire soit à partir du logiciel d’acquisition ou bien en exploitant les données de positions du capteur et/ou de l’objet.
En milieu industriel, le système de positionnement peut être : un trépied, une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT), un bras robot industriel ou bien un bras polyarticulé. Le lecteur intéressé peut se référer à l’étude réalisée au sein du laboratoireLe2i sur les systèmes de numérisation [62].
Le positionnement sur trépied signifie que le scanner doit être repositionné manuellement autour de l’objet pour capturer plusieurs vues. Cette solution est généralement utilisée pour la numérisation de pièces ou d’environnements de grandes dimensions (voir figure 1.15). Elle est adoptée pour positionner des scanners à grande portée et ayant un large champ de vue. Dans ce cas, le recalage est obligatoirement fait via le logiciel d’acquisition. Ce système de positionnement est utilisé dans les configurations suivantes : objet fixe - scanner mobile ou objet mobile - scanner fixe.
Quand le système de positionnement est de type MMT (voir figure 1.16), la position du 10
Chapitre 1 : Introduction générale
a. b. c.
Figure 1.15 – Le système de positionnement est un trépied : a. Champ de fouille de Bi-bracte, numérisé par un scanner GS101 [17] b. Numérisation d’une pièce industrielle par un scanner 3D Z-Snapper de Vialux [18] c. Numérisation d’une virolle par un scanner TOF Leica ScanStation 2 [19].
a. b.
Figure1.16 – Le système de positionnement est une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT) [20] : a. MMT avec un scanner laser Nikon Lc60D de Nikon Metrology b. Scanner laser Nikon Lc60D.
capteur est connue avec un haut degré de précision et est utilisée pour le recalage des diffé-rentes vues. Ce genre de système est doté de trois translations et d’un poignet pour orienter le capteur. Initialement dédiée à la mesure avec contact (palpage), la solution de placement sur MMT est désormais adoptée pour les scanners à triangulation laser (voir figure 1.16.b). Ce positionneur est conçu pour numériser des objets dont la taille peut aller de 0.5 à 120m3
[17].
Offrant un espace de travail dynamique au travers de leurs nombreux degrés de libertés, les bras robots (voir figure 1.17.a) sont très répandus dans l’industrie. Ces systèmes sont utilisés pour déplacer le scanner autour de l’objet ou bien pour tourner l’objet devant le système de mesure. N’ayant pas une haute précision de positionnement (de l’ordre du
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a. b.
Figure 1.17 – Le système de positionnement est un bras robot industriel [21] : a. Le bras robot KUKA KR30 b. Scanner à projection de franges ATOS de GOM monté sur un bras robotisé KUKA.
mètre), contrairement à une MMT, les informations relatives à la position de ces systèmes dans l’espace de travail ne peuvent pas être utilisées directement pour un recalage fin des données acquises. Par conséquent, le recalage se fait en deux étapes : un recalage grossier (pré-alignement) au travers de la position du robot et ensuite un recalage fin par une solution logicielle. Ce type de positionneur est utilisé généralement pour des scanners à triangulation laser ou à projection de franges (voir figure 1.17.b). Le volume de travail offert par cette solution est de de l’ordre de quelques mètres cube.
Figure1.18 – Bras ployarticulé [22] : le scanner SOLANO LITE et le bras BACES Série 200 de KREON.
Afin d’augmenter les performances de ce type de positionneur, des trackers optiques (fi-gure 1.19.a) et laser (fi(fi-gure 1.19.b) peuvent être intégrés au système. Ces trackers permettent de calculer avec une haute précision la position du capteur. Ces systèmes sont très utilisés 12
Chapitre 1 : Introduction générale
pour la numérisation de pièces de grandes dimensions qui nécessitent un large espace de nu-mérisation et une grande mobilité du système d’acquisition.
a. b.
Figure1.19 – Trackers : a. Steinbichler T-Tracker CS [23] b. Leica Absolute Tracker AT901 [24].
Contrairement aux systèmes de positionnement type MMT ou bras robot industriel qui peuvent être utilisés en mode de commande automatique, un bras polyarticulé est conçu afin d’être guidé manuellement par un opérateur (voir figure 1.18). Ces systèmes sont des bras mécaniques à 6 ou 7 articulations rotoïdes équipées de codeurs renvoyant la position de ses différents axes. Grâce à leur haute précision de positionnement qui peut atteindre quelques dizaines de microns, ces systèmes sont très utilisés dans des applications de contrôle en milieu industriel. Dans le cas d’une mesure sans contact, les bras polyarticulés sont associés à des capteurs à triangulation laser.
a. b.
Figure1.20 – Le système de positionnement est une plateau rotatif : a. 1 axe - Steinbichler COMET Rotary [25] b. 2 axes - KUKA DKP-400 [26].
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Les systèmes de positionnement de type trépied et robot industriel peuvent être associés à des tables tournantes (voir figure 1.20) assurant la mobilité de l’objet. Dans le premier cas de figure, la table permet de tourner l’objet devant le scanner qui est fixe. Cette configuration est la plus simple à mettre en œuvre, cependant, n’ayant pas suffisamment de degrés de liberté, elle reste limitée pour assurer une couverture totale de la surface de l’objet à numériser. En revanche, le système de positionnement regroupant un bras robot et un plateau rotatif est le plus performant et le plus utilisé. L’ensemble est considéré comme un seul système et les de-grés de liberté de la table tournante sont gérés en tant que dede-grés de liberté supplémentaires. Cette configuration permet d’agrandir fictivement l’espace de travail. Les tables tournantes peuvent être de simples plateaux rotatifs ayant un seul axe de rotation (voir figure 1.20.a) ou, en version plus développée, une table à deux axes de rotation horizontale et verticale (1.20.b).
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Configuration Système Trépied MMT Robot
indus-triel Bras polyarti-culé Table tour-nante
Objet fixe - Scanner mobile X X X X
Objet mobile - Scanner fixe X X X
Objet mobile - Scanner mobile X X
Table 1.4 – Configurations de positionnements possibles.
Les systèmes cités ci-dessus permettent de couvrir toutes les configurations de position-nement de l’ensemble objet-scanner, illustrées dans le tableau 1.4 :
– Objet fixe et scanner mobile. – Objet mobile et scanner fixe. – Objet et scanner mobiles.
Il est évident que la configuration objet-scanner mobiles permet d’avoir un espace de travail plus dynamique que les espaces de travail obtenus pour les autres configurations. Par consé-quent, le temps nécessaire pour la numérisation complète peut être réduit. Cependant, la coordination entre les différentes composantes du système de positionnement doit être assu-rée. Le système de positionnement formé d’un bras robot industriel et d’une table tournante est désormais le système le plus performant, ce qui justifie le nombre croissant d’industriels qui l’ont adopté.