La présente invention concerne le domaine de la métrologie par coordonnées et plus particulièrement les bras de mesure tridimensionnelle.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

Une machine à mesurer tridimensionnelle est un instrument de mesure utilisé en métrologie dimensionnelle dont la fonction est d'acquérir les coordonnées de différents points d'une pièce à mesurer afin par exemple de vérifier la conformité des cotes, de la géométrie et ou des formes de la pièce.

De telles machines comprennent généralement une base sur laquelle est monté un bras de mesure à l'extrémité duquel se trouve une tête de mesure. Le bras de mesure est classiquement constitué de segments rigides reliés entre eux par exemple au moyen de pivots et/ou de rotules pourvus de codeurs mesurant avec précision les déplacements des segments les uns par rapport aux autres.

La tête de mesure possède des moyens d'acquisition d'un point sur un objet à mesurer.

Il existe deux types principaux de têtes de mesure selon que la mesure est effectuée par contact ou sans contact avec la pièce.

Dans les têtes de mesure par contact, la tête de mesure comprend un palpeur pour venir en contact avec la pièce. L'acquisition des coordonnées est commandée soit automatiquement par détection de la mise en contact du palpeur avec la surface de la pièce soit par l'opérateur au moyen d'un bouton de commande que l'opérateur actionne lorsque le palpeur est contact de la zone recherchée de la pièce.

Dans les têtes de mesure sans contact, la tête de mesure intègre généralement une diode laser de pointage qui illumine une zone de la surface de la pièce à mesurer et un capteur optique ou caméra qui réalise une acquisition de la lumière réfléchie et en déduit la mesure de distance par calcul du déphasage entre le rayon lumineux incident et le rayon lumineux qui est réfléchi par la surface de la pièce à mesurer. Certaines têtes de mesure, dites têtes scanner, projettent un faisceau plat formant une ligne sur la pièce à mesurer pour permettre une acquisition rapide de la forme de la pièce à mesurer.

La commande de l'acquisition peut être effectuée en continue ou ponctuellement par l'opérateur au moyen d'un bouton de commande que l'opérateur actionne lorsque le palpeur est contact de la zone recherchée de la pièce ou que la zone à pointée est illuminée par le signal lumineux. Lors de la commande de l'acquisition, les positions relatives des différents segments du bras de mesure sont enregistrées dans la mémoire d'une unité de traitement reliée au bras de mesure. L'unité de traitement est agencée pour déterminer les coordonnées des points de mesure dans un référentiel, généralement attaché à la base, à partir des dimensions des segments, de leurs positions relative et des informations de la tête de mesure. Un traitement adapté de ces coordonnées permet d'en extraire des cotes, forme et géométrie de la pièce à mesurer.

L' invention vise à améliorer les performances des machines à mesurer à tête de mesure sans contact.

Dans de telles machines à mesurer, la performance de la mesure est liée au nombre de points susceptibles d'être simultanément acquis par la caméra.

Pour des raisons notamment optiques, cette capacité à acquérir un grand nombre de points dépend notamment des positions respectives de la caméra et de la pièce à mesurer. En effet, la caméra et la source du faisceau laser ont des axes optiques convergents de telle manière que, lorsque la distance entre la pièce et la tête de mesure est dans une plage de distance prédéterminée, la zone de la pièce illuminée par le faisceau laser est dans le champ de la caméra. Il en résulte que trop proche ou trop loin de la pièce, la caméra ne voit pas la zone de la pièce illuminée et ne permet donc pas d'effectuer la mesure. Au sein même de la plage de distances dans laquelle la caméra est capable d'acquérir la mesure, il existe une zone optimale de mesure correspondant à l'acquisition simultanée d'un nombre maximal de points par le dispositif de mesure. En effet, la précision de la mesure réduit en même temps que la distance séparant le dispositif de mesure de la pièce à mesurer augmente. Par contre, la portion de lumière projetée sur la pièce et visible par la caméra (et donc le nombre de points de mesure pouvant être acquis simultanément) augmente avec la distance séparant la pièce à mesurer du dispositif de mesure. Ainsi, il est difficile pour l'utilisateur de positionner la tête de mesure de manière à obtenir une mesure suffisamment précise d'un nuage de points suffisamment dense.

Lorsqu'un ordinateur pourvu d'un écran est relié à la machine à mesurer, l'opérateur pourrait consulter l'écran pour voir si la tête de mesure est positionnée de manière optimale par rapport à la pièce. En effet, l'ordinateur peut fournir un message d'alerte lorsque la mesure n'a pu être réalisée ou que la précision ou le nombre de points acquis simultanément est insatisfaisant. Toutefois, les opérateurs ne peuvent généralement pas avoir l'écran et la pièce simultanément dans leur champ de vision de sorte qu' ils regardent préférentiellement la pièce à mesurer.

OBJET DE L'INVENTION

Un but de l'invention est de faciliter les opérations de mesure réalisée par une tête de mesure laser en limitant la complexification de cette dernière. RESUME DE L'INVENTION

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de mesure au moyen d'une machine à mesurer tridimensionnelle comportant une tête de mesure comprenant un émetteur laser pour émettre un faisceau laser incident vers la pièce à mesurer et un capteur d' image pour détecter un faisceau laser réfléchi par la pièce. Le procédé comporte les étapes de :

- analyser une image fournie par le capteur d' image pour détecter une position du faisceau laser réfléchi sur le capteur d' image ;

- fournir au moins un indicateur représentatif de la position du faisceau laser réfléchi sur le capteur d' image ;

- rapprocher ou éloigner la tête de mesure de la pièce à mesurer en fonction de l'indicateur.

Ainsi, tout en prenant la mesure de la pièce, il est possible de savoir simplement si la tête de mesure est correctement positionnée et s'il est nécessaire de la déplacer pour la positionner de manière optimale.

Avantageusement, l'indicateur est fourni par la tête de mesure.

Lorsque la tête de mesure est manipulée par un opérateur, l'opérateur peut avoir la pièce et la tête de mesure simultanément dans son champ de vision. L'indicateur est donc perceptible par l'opérateur sans que celui-ci n'ait à quitter la pièce des yeux.

De préférence, des indicateurs différents sont émis selon que la tête de mesure doit être rapprochée ou éloignée de la pièce à mesurer.

Ceci facilite encore le positionnement correct de la tête de mesure par l'opérateur qui est guidé par les différents indicateurs qu'il perçoit.

L' invention concerne également une machine à mesurer tridimensionnelle comportant une unité de traitement reliée à une tête de mesure comprenant un émetteur laser pour émettre vers la pièce à mesurer un faisceau laser incident et un capteur d' image pour détecter un faisceau laser réfléchi par la pièce. L'unité de traitement et la tête de mesure sont agencées pour mettre en œuvre le procédé ci-dessus.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles :

-la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un bras de mesure selon l'invention ;

-la figure 2 est une représentation schématique en perspective partiellement écorchée d'une tête de mesure selon l'invention ;

-la figure 3 est un logigramme décrivant le fonctionnement de la machine de mesure selon l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

En référence à la figure 1, la machine à mesurer selon l'invention, ici un bras articulé généralement désigné 1, comprend une base fixe 2 qui est liée à un support comme une table ou le sol et qui porte un arbre vertical 3 sur lequel est monté à rotation un palier 4. Une première extrémité d'un premier segment de bras 5 est articulée sur le palier 4 à l'aide d'une liaison pivot 6 d'axe horizontal. La seconde extrémité du premier segment de bras 5 reçoit un deuxième segment de bras 7 articulé en cette extrémité autour d'un pivot 8 selon un axe horizontal. L'autre extrémité du deuxième segment 7 du bras de mesure 1 reçoit une tête de mesure 9 elle aussi articulée selon un pivot 10 d'axe horizontal. Le palier 4 ainsi que les pivots 6, 8 et 10 sont respectivement pourvus d'un codeur rotatif absolu 11, 12, 13 et 14 mesurant les angles de rotation respectifs de chacune des articulations du bras de mesure 1. En référence à la figure 2, la tête de mesure 9 comprend un boîtier 15 pourvu d'une diode laser 16, d'un capteur CCD 17 et d'un indicateur de positionnement, ici une LED RGB 19, tous reliés à une carte électronique 20. La diode laser 16 est montée sur la tête de mesure pour émettre un rayon lumineux sous la forme d'un faisceau laser incident plat 18 s' étendant de part et d'autre d'un axe optique et le capteur CCD 17 est monté au-dessous de la diode laser 16 pour avoir son axe optique incliné, par exemple à 30°, par rapport à l'axe optique du faisceau laser incident. La carte électronique 20 comprend des moyens de mémorisation 21 et un microcontrôleur 22 agencé pour notamment analyser le déphasage entre le rayon lumineux incident émis par la diode laser 16 et le faisceau laser réfléchi reçu par chacun des détecteurs élémentaires (couramment appelés « pixels ») du capteur CDD 17 après réflexion du faisceau sur l'objet à mesurer. Le microcontrôleur 22 est agencé pour calculer alors les distances séparant le point d'émission du laser (à savoir la diode laser 16) de l'objet à mesurer.

Ces distances ainsi que les valeurs mesurées par les codeurs 11 à 14 sont transmises à une unité de traitement 23 qui détermine alors les coordonnées des points de mesure dans un repère orthogonal Oxyz lié à la base fixe 2. A partir des coordonnées de plusieurs points, l'unité de traitement 23 calcule les distances séparant les points de mesure et/ou la géométrie de la pièce mesurée.

La tête de mesure 9 permet de réaliser l'acquisition des points de mesure situés dans une zone d'acquisition 24 correspondant à l'intersection du faisceau laser plat incident 18, ici de forme triangulaire, émis par la diode laser 16 et du champ d'acquisition couvert par le capteur CCD 17. Cette zone d'acquisition 24 correspond à des points de mesure situés à une distance de la diode laser 16 comprise par exemple entre 91.5 millimètres et 222 millimètres et situés dans le faisceau laser incident 18 . Cette zone d'acquisition 24 est encadrée de deux zones 25 et 26, s' étendant respectivement entre 0 et 91.5 millimètres de la diode laser 16 et au-delà de 222 millimètre de celle-ci, qui correspondent à des zones dans lesquelles la mesure est impossible. La zone d'acquisition 24 comprend une zone médiane 24.1 dans laquelle la mesure est optimale car, dans cette zone, la largeur du faisceau permet l'acquisition d'un grand nombre de point avec une bonne précision (ici, de l'ordre de 0,1%). Cette zone d'acquisition optimale 24.1 est encadrée par une première zone d'acquisition secondaire 24.2 et une seconde zone d'acquisition secondaire 24.3. Dans la zone 24.2 la plus proche de la diode laser 16, la précision de la mesure est bonne (inférieure à 0,1 %) mais la largeur du faisceau est faible, entraînant l'acquisition simultanée d'un nombre réduit de points de mesure et donc un allongement des temps d'acquisition pour une pièce donnée par rapport à une acquisition dans la zone 24.2. Dans la zone 24.3 la plus éloignée de la diode laser 16, la précision de la mesure est faible (de l'ordre de 0,3 %) sur un nombre de points de mesure élevé ce qui dégrade la précision globale de la mesure de la pièce.

Dans le mode de réalisation décrit, la zone d'acquisition optimale 24.1 s'étend depuis une distance de 120 millimètres de la diode laser 16 jusqu'à une distance de 190 millimètres de la diode laser 16.

En référence aux figures 2 et 3 le fonctionnement de la tête de mesure 9 est détaillé.

Lorsque l'utilisateur désire acquérir la forme d'une surface d'une pièce à mesurer - ici la surface ABCD d'un parallélépipède 30 - il oriente la tête de mesure 9 vers la surface ABCD et met sous tension le bras de mesure 1, ce qui active la tête de mesure 9 (étape 30) et met sous tension la diode laser 16 qui émet alors un faisceau laser incident 18 (étape 31) permettant à l'utilisateur d'ajuster la visée sur la surface ABCD. Dans le même temps, le capteur CCD 17 reçoit le faisceau laser réfléchi par ladite surface et transmet un signal d'image au microcontrôleur 21.

Le microcontrôleur 21 traite l'information en analysant le signal d'image (étape 32) pour déterminer la position du faisceau lumineux réfléchi sur le capteur CCD 17. Le capteur CCD 17 est virtuellement divisé en trois bandes horizontales 17.1, 17.2, 17.3 correspondant respectivement aux endroits de réflexion des points situés dans les zones d'acquisition 24.1, 24.2, 24.3 de la zone d'acquisition 24. Le microcontrôleur 21 commande alors à la LED 19 l'affichage d'une couleur qui est fonction de la bande du capteur CCD 17 sur laquelle est réfléchi le plus grand nombre de points par le faisceau lumineux réfléchi (étape 33) .

Lorsque l'analyse du signal d'image révèle que les détecteurs élémentaires de la zone centrale 17.2 du capteur CCD 17 sont majoritairement illuminés, la pièce se trouve dans la plage de distance optimale 24.1 et le microcontrôleur 21 commande l'allumage de la diode 19 dans la couleur verte (étape 35). L'opérateur est alors informé qu'il réalise une acquisition optimale des points de la pièce à mesurer lors du balayage de la surface ABCD avec le faisceau laser incident.

Lorsque l'analyse du signal d'image révèle que les détecteurs élémentaires de la bande périphérique supérieure 17.1 du capteur CCD 17 sont majoritairement illuminés, la pièce se trouve dans la plage de distance 24.2 et le microcontrôleur 21 commande l'allumage de la diode 19 dans la couleur bleue (étape 34) . L'opérateur est alors informé du fait qu'il n'est pas dans la zone optimale de mesure de la tête de mesure 9 et qu'il doit alors éloigner la tête de mesure 9 de la pièce pour poursuivre l'acquisition de la pièce à mesurer dans des conditions optimales.

Lorsque l'analyse du signal d'image révèle que les détecteurs élémentaires de la bande périphérique inférieure 17.3 du capteur CCD 17 sont majoritairement illuminés, la pièce se trouve dans la plage de distance 24.3 et le microcontrôleur 21 commande l'allumage de la diode 19 dans la couleur jaune (étape 36) . L'opérateur est alors informé du fait qu'il n'est pas dans la zone optimale de mesure de la tête de mesure 9 et qu'il doit alors rapprocher la tête de mesure 9 de la pièce pour poursuivre l'acquisition de la pièce à mesurer dans des conditions idéales.

Lorsqu' aucune des zones du capteur CCD 17 n'est illuminée, la tête de mesure se situe dans l'une des zones 25 ou 26 dans laquelle l'acquisition est impossible et le microcontrôleur 21 commande alors à la LED 19 l'affichage de la couleur rouge (étape 37) .

On obtient ainsi une tête de mesure laser 9 comprenant un indicateur de positionnement - l'affichage coloré de la LED 19 - qui permet à l'opérateur de savoir si la tête de mesure 9 est à la bonne distance par rapport à la pièce. Cet indicateur permet également à l'utilisateur d'ajuster la position de la tête de mesure 9 de manière à obtenir une mesure optimale. En variante, l'utilisateur peut effectuer une mesure lorsque la tête de mesure se trouve dans les zones 24.2 et 24.3.

Selon un mode de réalisation particulier, l'intensité lumineuse de la LED RGB 19 est réglable afin de s'adapter aux conditions d'éclairage ambiant au moyen d'une commande mécanique sur la tête de mesure 9 comme par exemple un potentiomètre, ou au moyen d'une commande logicielle située dans l'unité de traitement 23, ou encore via un capteur de luminosité.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, la couleur de l'indicateur lumineux fourni par la LED RGB 19 intègre une part de bleu, vert et jaune dont les intensités respectives sont proportionnelles au nombre de points figurant dans les zones 17.1, 17.2 et 17.3 du capteur CCD 17.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.

En particulier,

bien qu'ici l'indicateur d'efficacité de la tête de mesure soit, ici, l'affichage coloré d'une LED, l'invention s'applique à d'autres types d'indicateur d'efficacité comme par exemple un indicateur comprenant un signal sonore ou une vibration, ou la fréquence d'un clignotement lumineux ;

- bien qu' ici la tête de mesure soit articulée sur l'extrémité du bras de mesure, celle-ci peut être également montée à rotation sur l'extrémité du bras de mesure ;

bien qu' ici le récepteur pour la lumière réfléchie soit un capteur CCD, l'invention s'applique également à d'autres types de récepteur de lumière réfléchie comme par exemple un capteur CMOS ;

- bien qu' ici la zone d' acquisition de la tête de mesure soit comprise entre 25 millimètres et 235 millimètres de la diode laser, l'invention s'applique également à des têtes de mesure ayant une zone d'acquisition différente ;

bien qu' ici la surface du capteur CCD soit subdivisée en un quadrillage de trois zones, l'invention s'applique également à des zones en nombre et disposition différents comme par exemple deux zones, quatre ou plus de quatre;

- bien qu' ici le bras de mesure repose sur une base fixe, l'invention s'applique également à un bras de mesure liée à une base mobile ;

-bien qu'ici l'analyse du signal de l'image reçue par le capteur CCD 17 et la génération de l'indicateur soient effectuées par le microcontrôleur 21, l'invention s'applique également à une analyse du signal de l'image reçue et une génération de l'indicateur réalisées par l'unité de traitement 23.