FR2998046A1 - Procede de numerisation tridimensionnelle automatique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet (4) au moyen d'un capteur tridimensionnel sans contact (1), ledit objet (4) et/ou ledit capteur tridimensionnel sans contact (1) étant monté sur un système de positionnement comportant plusieurs degrés de liberté ; ledit procédé est remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans un espace dit de travail incluant un espace de déplacement du système de positionnement, un espace dit de collision et de contact et un espace de numérisation, ladite initialisation étant obtenue à partir de l'acquisition de données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner ; de planification de vues dans laquelle l'ensemble des points de vues utiles pour numériser l'ensemble de l'objet est déterminé à partir des données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner précédemment acquises ; de planification de trajectoire dans laquelle la trajectoire du capteur tridimensionnel sans contact (1) et/ou de l'objet (4) entre deux points de vues utiles est déterminée, ladite trajectoire étant contenue dans l'espace de travail du système de positionnement en restant dans l'espace de déplacement ; d'acquisition de nuages de points à partir de chacun des points de vue utiles, et de recalage et de post-traitement des données jusqu'à ce qu'un modèle complet de l'objet à scanner (4) soit obtenu. Un autre objet de l'invention concerne un programme d'ordinateur pour la mise en œuvre dudit procédé ainsi qu'un support lisible comportant un programme d'ordinateur suivant l'invention.

Description

PROCEDE DE NU1VIERISATION TRIDIMENSIONNELLE AUTOMATIQUE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine général de la numérisation tridimensionnelle d'un obj et quelconque pour la réalisation de contrôle métrologique dimensionnel de précision par exemple. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Dans le domaine de l'industrie, il est bien connu d'effectuer un contrôle métrologique dimensionnel de précision pour des pièces mécaniques complexes notamment nécessitant une grande précision lors de leur fabrication. Pour réaliser ce type de contrôle, il est usuel d'utiliser un procédé de numérisation tridimensionnelle afin de reconstruire un modèle de l'objet à contrôler puis le comparer à un modèle de référence. De nombreux procédé de numérisation tridimensionnelle ont été décrits dans l'art antérieur.

C'est le cas notamment de la demande de brevet international WO 2004/003844 qui décrit un procédé et un appareil destiné à un ensemble de nuages de points. Ce procédé consiste à obtenir un ensemble de données d'un premier nuage de points et un ensemble de données d'un second nuage de point. Ces ensembles étant obtenus, une partie géométrique définie par chaque ensemble de données respectif est définie, qui décrit sensiblement une forme géométrique similaire. Ensuite, on effectue une normalisation par ordinateur, de sorte que la partie géométrique de chaque ensemble de données s'aligne de façon à sensiblement minimiser une erreur d'alignement. Enfin, cette normalisation est appliquée au premier nuage de points de façon à effectuer un contrôle de repérage du premier nuage de points par rapport au second nuage de points.

On connaît également la demande de brevet français FR 2 814 807 qui décrit un dispositif et un procédé de détermination de coordonnées surfaciques d'un objet. Le dispositif comprend un émetteur laser apte à émettre un rayon laser vers le point de la surface de l'objet, un récepteur photosensible apte à transformer le rayon laser réfléchi par l'objet et reçu en une grandeur représentative de la coordonnée à mesurer, des moyens pour déplacer d'une manière réglable l'ensemble émetteur laser-récepteur photosensible et l'objet à mesurer, et des moyens de calcul de coordonnée en fonction de la grandeur et de la position de réglage des moyens de déplacement. Tous ces procédés de l'art antérieur de numérisation tridimensionnelle nécessitent l'intervention d'un ou plusieurs opérateurs pour la programmation du robot portant l'émetteur laser, et plus particulièrement pour la programmation des différentes positions de l'émetteur laser autour de l'objet à scanner, grevant de manière considérable le coût du contrôle. Par ailleurs, pour chaque nouvel objet à contrôler, le ou les opérateurs doivent reprogrammer le robot portant l'émetteur laser. EXPOSE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de numérisation permettant de numériser en trois dimensions un objet de manière automatique, c'est-à-dire sans nécessiter l'intervention d'un ou plusieurs opérateurs.

A cet effet, et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet au moyen d'un capteur tridimensionnel sans contact, ledit objet et/ou ledit capteur tridimensionnel sans contact étant monté sur un système de positionnement comportant plusieurs degrés de liberté ; ledit procédé est remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans un espace dit de travail incluant un espace de déplacement du système de positionnement, un espace dit de collision et de contact et un espace de numérisation, ladite initialisation étant obtenue à partir de l'acquisition de données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner ; de planification de vues dans laquelle l'ensemble des points de vues utiles pour numériser l'ensemble de l'objet est déterminé à partir des données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner précédemment acquises ; de planification de trajectoire dans laquelle la trajectoire du capteur tridimensionnel sans contact et/ou de l'objet entre deux points de vues utiles est déterminée, ladite trajectoire étant contenue dans l'espace de travail du système de positionnement en restant dans l'espace de déplacement ; d'acquisition de nuages de points à partir de chacun des points de vue utiles, et de recalage et de post-traitement des données jusqu'à ce qu'un modèle complet de l'objet à scanner soit obtenu. De préférence, l'étape d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans l'espace de travail est obtenue selon la méthode dite SFX selon l'acronyme anglo-saxon « Shape From X ».

Par ailleurs, l'étape de planification de vue comporte au moins deux étapes de génération de vues dans laquelle la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact, c'est-à-dire sa position et son orientation, est déterminée par rapport à un référentiel pour chacun des points de vues utiles, et d'adaptation de la vue ainsi générée dans laquelle l'accessibilité du point de vue par le système de positionnement est vérifiée, un nouveau point de vue étant déterminé si le point de vue initial n'est pas accessible par le système de positionnement. De préférence, l'étape de planification de trajectoire est obtenue suivant une méthode d'échantillonnages de l'espace de déplacement. Ladite étape de planification de trajectoire comporte au moins les étapes suivantes de détermination d'une trajectoire initiale entre deux points de vue ; d'échantillonnage de ladite trajectoire ; de vérification d'absence de collisions pour les points échantillonnés ; si une collision est détectée, une nouvelle trajectoire est calculée suivant une méthode d'échantillonnage de l'espace de déplacement. Un autre objet de l'invention concerne un programme d'ordinateur comprenant un code logiciel adapté pour réaliser la numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet au moyen d'un capteur tridimensionnel sans contact, ledit objet et/ou ledit capteur tridimensionnel sans contact étant monté sur un système de positionnement comportant plusieurs degrés de liberté, ledit code logiciel étant adapté pour réaliser au moins les étapes suivantes d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans un espace dit de travail incluant un espace de déplacement du système de positionnement, un espace dit de collision et de contact et un espace de numérisation, ladite initialisation étant obtenue à partir de l'acquisition de données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner ; de planification de vues dans laquelle l'ensemble des points de vues utiles pour numériser l'ensemble de l'objet est déterminé à partir des données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner précédemment acquises ; de planification de trajectoire dans laquelle la trajectoire du capteur tridimensionnel sans contact et/ou de l'objet entre deux points de vues utiles est déterminée, ladite trajectoire étant contenue dans l'espace de travail du système de positionnement en restant dans l'espace de déplacement ; d'acquisition de nuages de points à partir de chacun des points de vue utiles ; et de recalage et de post-traitement des données jusqu'à ce qu'un modèle complet de l'objet à scanner soit obtenu. Ledit programme comprend un code logiciel adapté pour mettre en oeuvre la méthode dite SFX selon l'acronyme anglo-saxon « Shape From X », lors de l'étape d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans l'espace de travail. Par ailleurs, le programme d'ordinateur suivant l'invention comprend un code logiciel adapté pour réaliser au moins les étapes suivantes de génération de vues dans laquelle la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact, c'est-à-dire sa position et son orientation, est déterminée par rapport à un référentiel pour chacun des points de vues utiles, et d'adaptation de la vue ainsi générée dans laquelle l'accessibilité du point de vue par le système de positionnement est vérifiée, un nouveau point de vue étant déterminé si le point de vue initial n'est pas accessible par le système de positionnement.

De préférence, le programme d'ordinateur suivant l'invention comprend un code logiciel adapté pour réaliser l'étape de planification de trajectoire est obtenue suivant une méthode d'échantillonnages de l'espace de déplacement.

De plus, ledit programme d'ordinateur comprend un code logiciel adapté pour réaliser les étapes suivantes de détermination d'une trajectoire entre deux points de vue ; d'échantillonnage de ladite trajectoire ; de vérification d'absence de collisions pour les points échantillonnés ; si une collision est détectée, une nouvelle trajectoire est calculée suivant une méthode d'échantillonnage de l'espace de déplacement.

Un dernier obj et de l'invention consiste dans un support lisible comportant un programme d'ordinateur suivant l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'une unique variante d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, du procédé de numérisation tridimensionnelle automatique conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de numérisation tridimensionnelle automatique suivant l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique de l'ordinogramme du programme d'ordinateur suivant l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique de l'ordinogramme de l'étape d'adaptation de vue du programme d'ordinateur suivant l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique de l'ordinogramme de l'étape de planification de trajectoire du programme d'ordinateur suivant l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par souci de clarté, dans la suite de la description, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Par ailleurs, dans la suite de la description, on entend par programme d'ordinateur un programme sous la forme électronique et numérique d'un algorithme exprimé dans un langage de programmation et par algorithme une suite finie et non-ambiguë d'opérations ou d'instructions permettant de résoudre un problème.

En référence à la figure 1, le dispositif de numérisation tridimensionnelle automatique comporte un capteur tridimensionnel sans contact (1), tel qu'un émetteur laser et un récepteur par exemple, monté sur un robot industriel (2) comportant plusieurs degrés de liberté piloté par une unité centrale (3). L'objet à scanner (4) est solidaire d'un plateau (5) pivotant autour d'un axe vertical. Dans cet exemple particulier de réalisation, l'objet à scanner (4) est positionné à l'extrémité supérieure d'une tige verticale solidaire du plateau pivotant (5) ; toutefois, il va de soi que l'objet à scanner (4) pourra être positionné directement sur le plateau pivotant (5) sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Il est bien évident que le capteur tridimensionnel sans contact (1) pourra consister dans tout scanner tridimensionnel bien connu de l'homme du métier utilisant comme source de rayonnement des ultrasons, des rayons X ou de la lumière tel qu'un scanner à lumière structurée ou un scanner à lumière modulée sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, il va de soi que le robot industriel (2) et le plateau pivotant (5) pourront être substitués par tout autre système de positionnement bien connu de l'homme du métier. De plus, il est bien évident que le capteur tridimensionnel sans contact (1) pourra être fixe ou monté sur le plateau pivotant (5) et que l'objet à scanner pourra être monté à l'extrémité du robot industriel sans sortir du cadre de l'invention. L'unité centrale (3) comporte un programme d'ordinateur permettant d'automatiser la mise au point d'une gamme de mesure de la géométrie de pièces par numérisation tridimensionnelle. Ledit programme d'ordinateur permet de piloter le robot industriel (2), le capteur tridimensionnel sans contact (1) et le plateau pivotant (5). La numérisation automatique est le processus de production de modèles tridimensionnels d'objets connus ou inconnus sans intervention d'un opérateur. Contrairement à la numérisation manuelle ou par apprentissage où l'opérateur a le pouvoir de décision sur le choix du scénario à adopter, ce dernier n'intervient dans le procédé développé que pour placer l'objet à numériser sur le plateau pivotant (5) et/ou pour lancer l'exécution du procédé.

En référence à la figure 2, le procédé de numérisation tridimensionnelle mis en oeuvre par le programme d'ordinateur est segmenté en plusieurs processus élémentaires décrivant chacun une tâche bien définie, à savoir: l'initialisation, la planification de vue, la planification de trajectoire, l'acquisition 3D, le traitement des acquisitions, le recalage et le traitement du modèle comme il sera détaillé plus loin. Par « processus automatique » on entend un processus qui n'exige pas d'attention pour être exécuté et qui ne s'accompagne d'aucune intervention d'un opérateur une fois enclenché. Un processus automatique et intelligent est un processus automatique doté d'une option d'adaptation du scénario d'exécution en fonction de plusieurs paramètres liés principalement à la tâche à accomplir. Dans ce contexte, la numérisation automatique est le processus de production de modèles tridimensionnels d'objets connus ou inconnus sans intervention d'un opérateur. Contrairement à la numérisation manuelle ou par apprentissage où l'opérateur a le pouvoir de décision sur le choix du scénario à adopter, ce dernier n'intervient que pour placer l'objet à numériser et/ou pour lancer l'exécution du processus.

L'automatisation de la numérisation 3D nécessite une maîtrise parfaite de l'environnement de travail. L'automatisation de la numérisation 3D requière la maîtrise des différentes composantes qui définissent l'environnement de travail: le capteur tridimensionnel sans contact (1), le robot industriel (2) et le plateau pivotant (5), i.e. le système de positionnement, et l'objet à numériser (4). Cet espace de travail est constitué de trois sous-espaces complémentaires: l'espace de déplacement du robot, l'espace de collision et de contact et l'espace de numérisation. Le premier espace est l'environnement où le système de positionnement peut se déplacer sans aucun risque de collision et de contact avec lui-même ou avec l'objet. Le second espace est défini comme le volume dans lequel se trouve l'objet. En revanche, aucune information n'est disponible sur celui-ci. Par conséquent, le procédé doit comporter une première phase d'initialisation qui permet de localiser l'objet dans l'espace de travail.

Ainsi, le procédé suivant l'invention comporte une première étape d'initialisation (100) permettant de localiser l'objet à scanner (4) dans un espace dit de travail incluant un espace de déplacement du robot industriel (2), un espace dit de collision et de contact et un espace de numérisation, ladite initialisation (100) étant obtenue à partir de l'acquisition de données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner (4) ; une étape de planification de vues (200) dans laquelle l'ensemble des points de vues utiles pour numériser l'ensemble de l'objet est déterminé à partir des données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner (4) précédemment acquises ; une étape de planification de trajectoire (300) dans laquelle la trajectoire du capteur tridimensionnel sans contact (1) entre deux points de vues utiles est déterminée, ladite trajectoire étant contenue dans l'espace de travail du robot industriel (2) sans passer dans l'espace de collision et de contact ; une étape d'acquisition (400) de nuages de point à partir de chacun des points de vues utiles ; et une étape de recalage et de post traitement des données (500) jusqu'à ce qu'un modèle complet de l'objet à scanner (4) soit obtenu. Le volume d'initialisation dépend de la position du capteur tridimensionnel sans contact (1) par rapport à l'objet à scanner (4). Une fois le volume englobant de l'objet à scanner (4) défini, le capteur tridimensionnel sans contact (1) est positionné pour effectuer une première acquisition. Les données 3D acquises seront utilisées pour la planification de la vue suivante. L'objectif de la première étape d'initialisation (100) est de localiser l'objet dans l'espace de travail. Ceci peut se faire par reconstruction de son volume englobant. De nombreuses techniques de reconstruction passive peuvent être mises en place pour réaliser cette tâche, comme par exemple la stéréo vision, la méthode de « shape from shadow » dite SFS ou la méthode dite de « shape from motion ».

D'une manière générale, la technique de reconstruction peut consister dans la méthode dite de « Shape From X» regroupant notamment les méthodes dites « Shape From stereo », « Shape From silhouette », « Shape From carving », « Shape From texture », etc...

De préférence, la méthode du « Shape-from-Silhouette » (SfS) bien connue de l'homme du métier est utilisée pour déterminer ce volume par reconstruction grossière de sa surface. La méthode du Shape-from-Silhouette (SfS) est notamment décrite dans les publications «A. W. Fitzgibbon, G. Cross, and A. Zisserman, "Automatic 3D model construction for turn-table sequences," in Proceedings of the European Workshop on 3D Structure from Multiple Images of Large-Scale Environments, pp. 155-170, Springer- Verlag, (London, UK, UK), 1998 » et « A Theory of Shape by Space Carving, K N. Kutulakos & S. M Seitz, International Journal of Computer Vision 38(3), 199-218, 2000 ». La mise en oeuvre de cette méthode SfS est par exemple réalisée au moyen de la toolbox matlab issue de la référence suivante : http://b1ogs.mathworks.com/1oren/2009/12 /16/carvin -a-dinosaur/.

De préférence la méthode décrite par « Fitzgibbon et al. A. W. Fitzgibbon, G. Cross, and A. Zisserman, "Automatic 3D model construction for turn-table sequences," in Proceedings of the European Workshop on 3D Structure from Multiple Images of LargeScale Environments, pp. 155-170, Springer-Verlag, (London, UK, UK), 1998» est mise en oeuvre. Il est bien évident que de nombreuses techniques de vision par ordinateur bien connue de l'homme du métier peuvent être utilisées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Par ailleurs, l'étape de planification de vue (200) comporte au moins deux étapes, une première étape de génération de vues (210) dans laquelle la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact (1), c'est-à-dire sa position et son orientation, est déterminée par rapport au référentiel de l'objet à scanner (4) pour chacun des points de vues utiles, et une seconde étape d'adaptation des vues (220) ainsi générées dans laquelle l'accessibilité des points de vues par le robot industriel (2) est vérifiée, un nouveau point de vue étant déterminé si le point de vue initial n'est pas accessible par le robot industriel (2). Il va de soi que la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact (1) pourra être déterminée par rapport à un référentiel quelconque. On notera que le choix de l'objet à scanner (4) comme référentiel lors de cette étape de génération de vues (210) permet d'améliorer la visualisation.

La numérisation automatique et intelligente est basée sur le calcul itératif de la prochaine vue, nécessaire à l'acquisition du modèle 3D de l'objet. Ce calcul se fait en ligne et prend en entrée les données précédemment acquises. La planification des vues est la maille principale de l'algorithme dit générique. Elle vise à définir l'ensemble des points de vues utiles pour numériser tout l'objet. La qualité du modèle obtenu dépend fortement de cette étape. Si les positions du capteur tridimensionnel sans contact (1) ne sont pas correctement optimisées, deux phénomènes peuvent être observés: i) Le modèle final n'est pas complet (existence de trous par exemple). Dans ce cas, le temps de post-traitement va augmenter considérablement. ii) Les données obtenues sont redondantes, donc le coût de la numérisation augmente significativement et la qualité du modèle 3D final peut être affectée. 15 Pour numériser un objet, il est nécessaire de définir la manière dont il doit être observé. Un grand nombre de vues augmente le temps d'acquisition et le nombre d'ajustements. Il est ainsi nécessaire d'optimiser la sélection de la vue suivante. 20 L'automatisation du processus de numérisation 3D passe d'abord par l'optimisation de la planification des vues. Cette composante consiste à définir la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact (1), c'est-à-dire sa position et son orientation, pour l'acquisition suivante. 25 Il existe de nombreuses méthodes décrites dans l'art antérieur sur le sujet de la planification de vue par des approches volumiques ou surfaciques (mots clés "Next Best View" & "View Planning"). De telles méthodes sont notamment décrites dans les publications « Loriot, B., Seulin, R. and Gorria, P., "Non-model based method for an automation of 3D acquisition and post-processing," ELCVIA 7(3) (2009) », « Khalfaoui, 30 S., Aigueperse, A., Seulin, R., Fougerolle, Y., and Fofi, D., "Fully automatic 3d digitization of unknown objects using progressive data bounding box," in ISPIE ThreeDimensional Image Processing (3DIP) and Applications Hl (January 2012') » et « Khalfaoui, S., Seulin, R., Fofi, D., and Fougerolle, Y., "Numérisation intelligente : deux algorithmes automatiques et progressifs," in [ORASIS - Congrès des jeunes chercheurs en vision par ordinateur], INRIA Grenoble Rhône-Alpes (2011) ». Il est bien évident que d'autres méthodes équivalentes bien connues de l'homme du métier pourront être utilisées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. La pose générée par la première phase du planificateur de vues est une pose théorique. Elle n'est pas forcément atteignable par le système de positionnement, c'est-à-dire le robot industriel (2) et le plateau pivotant (5), et par conséquence le capteur tridimensionnel sans contact (1). L'accessibilité d'un point est assurée par l'adaptation de vue qui estime la configuration du système de positionnement pour atteindre cette position. Un ajustement de position est nécessaire afin de positionner le capteur tridimensionnel sans contact (1) comme il est souhaité. Cette adaptation est réalisée en modifiant la configuration actuelle de l'ensemble {capteur tridimensionnel sans contact (1), système de positionnement : robot industriel (2) et plateau pivotant (5)} et en intégrant les limitations physiques de l'ensemble pour définir une position pratique qui sera retenue pour la numérisation. Dans certains cas, la position calculée par le planificateur de vues n'est pas accessible par le capteur tridimensionnel sans contact (1).

Si aucune adaptation n'est possible, le planificateur de vues doit générer une autre position exploitable pour la numérisation. Dans ce cas, la méthodologie de définition des prises de vues suivantes a un rôle très important, à savoir la définition d'un ensemble de points de vues potentiels afin d'éviter la mise en défaut de l'algorithme. Le scénario est différent quand une position pratique est trouvée. L'algorithme passe alors à l'étape suivante qui est la planification de trajectoire (300). De préférence, en référence à la figure 3, le procédé d'adaptation de vues pour l'implantation sur une cellule robotisée est basé sur les travaux de Borangiu et al. décrits dans la publication « Theodor Borangiu, Alexandru Dumitrache, Anamaria Dogar, Heuristic solution for constrained 7-DOF motion planning in 3D scanning application, Control Engineering Practice, Volume 20, Issue 2, February 2012, Pages 93-10111 » et comporte une première étape (221) consistant dans la recherche d'une solution de positionnement possible dans l'espace de travail du système de positionnement via la méthode dite « Work in the workspace » telle que décrite notamment dans la publication susmentionnée. La méthode dite « Work in the workspace » consiste dans le fait de calculer la rotation du plateau pivotant (5) en créant un lien cinématique entre le robot (2) et le plateau pivotant (5), la position de chaque élément étant alors calculée par la résolution du modèle géométrique inverse. Si elle existe, cette configuration sera optimisée dans une seconde étape (222) par la méthode dite « Work on the plane ». Cette méthode vise à restreindre l'espace de travail du robot à un plan passant par le centre de rotation du plateau pivotant (5) afin d'éviter les allers-retours inutiles. A l'issue de chacune des deux étapes (221 et 222), une étape de vérification de la configuration (223) est effectuée afin de valider la position. La recherche de solution par la méthode « Work on the plane » se fait sur un ensemble de plans définis par échantillonnage de l'espace de travail. Si aucune solution n'est trouvée, la configuration retenue est alors celle donnée par la méthode « Work in the workspace ». Si aucune solution n'est trouvée par cette méthode, une erreur d'adaptation est renvoyée vers le générateur de vues, demandant la génération d'une autre pose. En référence à la figure 4, ladite étape de planification de trajectoire comporte au moins les étapes suivantes de détermination d'une trajectoire (310) entre deux points de vue par interpolation ; d'échantillonnage de ladite trajectoire (320); de vérification d'absence de collisions (330) ; si une collision est détectée, une nouvelle trajectoire est calculée dans l'espace de déplacement du système de positionnement (340). On observera qu'il n'est alors pas nécessaire de vérifier l'absence de collision (330) pour cette nouvelle trajectoire dans la mesure où cette dernière est nécessairement une trajectoire déjà connue et ne comportant donc aucune collision.

Grâce aux deux tâches précédentes, le système connaît la position physique à atteindre pour la prochaine acquisition. La planification de mouvement doit alors définir la trajectoire du robot industriel (2) pour se rendre à la prochaine position de numérisation. Cette trajectoire doit être contenue dans l'espace de déplacement du robot industriel (2), et sans collision pour l'ensemble {robot industriel (2) et plateau pivotant (5), capteur tridimensionnel sans contact (1)}. Ladite trajectoire est par exemple obtenue selon la méthode A* décrite dans la publication «P. Hart, N. Nilsson, and B. Raphael, "A formai basis for the heuristic determination of minimum cost paths," IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics 4, pp. 100-107, July 1968. ». Si aucune trajectoire n'est trouvée, l'algorithme générique réitère le calcul d'une autre position de numérisation par le planificateur de vues qui, après adaptation, vérifie les caractéristiques de la trajectoire, précédemment citées. Le capteur tridimensionnel sans contact (1) est ensuite repositionné selon la configuration calculée et une nouvelle acquisition est lancée.

La méthode de planification de trajectoire consiste de préférence dans des méthodes par échantillonnage de l'espace de déplacement du système de positionnement et de recherche de chemin dans un graphe nommé A* décrite dans la publication «P. Hart, N. Nilsson, and B. Raphael, "A formai basis for the heuristic determination of minimum cost paths," IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics 4, pp. 100-107, July 1968. ». On observera que des méthodes dites exactes et heuristiques ont été écartées car elles ne sont pas adaptées à un calcul rapide. Ainsi, la méthode de planification de trajectoire développée illustrée par la figure 4 consiste, dans un premier temps, à générer une trajectoire par interpolation linéaire. Dans un second temps, cette trajectoire est échantillonnée régulièrement et est ensuite évaluée en vérifiant l'absence de collisions. Le cas échéant, le chemin calculé est retenu. En revanche, s'il existe une ou plusieurs collisions, un nouveau chemin est recherché par la méthode A*. Dans le cas où une trajectoire est trouvée, celle-ci est validée et adoptée pour le mouvement du robot. Si aucune solution n'est trouvée, le planificateur de mouvement renvoie une erreur au planificateur de vue sollicitant la génération d'une autre pose. De manière avantageuse, une modélisation en boîtes englobantes orientées (OBB) décrite dans les publications «S. Gottschalk, M C. Lin, and D. Manocha, "OBB-tree : a 30 hierarchical structure for rapid interference detection," in Proceedings of the 23rd annual conference on Computer graphics and interactive techniques, SIGGRAPH '96, pp. 171 180, ACM, 1996. » et «D. Eberly, "Dynamic collision detection using oriented bounding boxes," tech. rep., 2001. » est utilisée pour la détection des collisions qui peuvent se produire lors des déplacements du système robotique. On notera que cette méthode est particulièrement adaptée aux systèmes robotiques à nombreux degrés de liberté. Toutefois, d'autres méthodes bien connues de l'homme du métier pourront être utilisées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, le procédé suivant l'invention, en référence à la figure 2, comporte une étape d'acquisition (400) qui permet de capturer, à partir du modèle physique de l'objet, des données 3D sous forme de nuages de points. Cette représentation des données n'est pas propre à un scanner particulier. Le procédé de numérisation reste générique car son fonctionnement ne dépend pas de la technologie de mesure utilisée. L'acquisition des données est réalisée par une solution de numérisation 3D de la 15 société Steinbichler Optotechnik GmbH. Les acquisitions sont effectuées sous l'environnement logiciel CometPlus : Steinbichler Cornet 5 http ://www. steinbichler. com/products/surface-scanning/3d-digitizing/comet-5.html et CometPlus-http://www. steinb ichler. com/component/phocadownload/category/l-surfacescanning. html?download=16 : steinbichler-cometplus-techsheet. 20 Il va de soi que l'acquisition pourrait s'effectuer à l'aide d'autres solutions issues de fabricants de matériel de numérisation 3D à capteur matriciel tels que GOM (Systèmes ATOS) et Breuckmann (Systèmes NaviScan) par exemple : GOM http ://www.gom. com/fr/sy stemes-de-mesure/apercu-sy steme/atos-compact-scan. html et 25 Breuckmann http ://www.breuckmann. com/en/industry- technology/products/navi scan. html Accessoirement, en référence à la figure 2, afin d'améliorer la qualité des données acquises qui serviront, après recalage et post traitement avec les données précédemment 30 acquises, pour la planification de vues, le procédé suivant l'invention comporte une étape de post-traitement des données acquises. Une fois l'acquisition effectuée, certaines opérations de traitement doivent être appliquées sur les données acquises. Dans cette étape, une série de filtres standards pour le filtrage de bruit et le filtrage de la redondance tels que décrits dans les publications « H. Yagou, Y. Ohtake, and A. Belyaev, "Mesh smoothing via mean and median filtering applied to face normals," in Proceedings of the Geometric Modeling and Processing Theory and Applications (GMP '02), GMP '02, pp. 124-, IEEE Computer Society, (Washington, DC, USA), 2002. » et « Z. Mao, L. Ma, M Zhao, and X Xiao, "Susan structure preserving filtering for mesh denoising," Vis. Comput. 22, pp. 276-284, Apr. 2006. » est appliquée. Par exemple, le post-traitement des données acquises est réalisé par une solution logicielle de la société mus Technology http://www.rapidform.com/about-us/corporate/.

Les traitements sont effectués sur le logiciel RapidForm http://www.rapidform.com. Il est bien évident que les traitements pourraient s'effectuer à l'aide d'autres solutions logicielles de traitements de données 3D telles que Geomagic http://www.geomagic.com/fr/ ou Polyworks htt ://www.innoymetric.com/ ol orks/3D- scanners/home.aspx?lang=fr par exemple sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En référence à la figure 2, le procédé suivant l'invention comporte ensuite une étape de reconstruction du modèle. Une bonne reconstruction du modèle de l'objet est conditionnée par une bonne analyse des données déjà acquises et de l'avancement de la numérisation 3D. La signalisation de la fin de ce processus passe par la vérification du taux de complétude du modèle reconstruit. Pour ce faire, les données précédemment acquises doivent être fusionnées avec celles nouvellement acquises afin de reconstruire un modèle intermédiaire qui servira à la planification de vue suivante au cas où ce dernier est incomplet. La fusion des acquisitions se fait en deux étapes: un recalage grossier puis un recalage fin. Le recalage grossier est réalisé en utilisant le modèle du système de positionnement, ici le modèle du système robotique, et a pour but d'assurer un bon pré-alignement des différentes parties acquises les unes par rapport aux autres. Un recalage fin, utilisant un algorithme de type {ICP} tel que décrit dans la publication «P. I Besl and N. D. McKay, "A method for registration of 3D shapes," IEEE Trans. Pattern Anal.

Mach. Intell. 14, pp. 239-256, Feb. 1992.» est ensuite appliqué pour fusionner l'ensemble des données et obtenir un seul modèle.

Le recalage et la fusion des données sont réalisés par une solution logicielle de la société mus Technology http://www.rapidform.com/about-us/corporate/ et les traitements sont effectués sur le logiciel RapidForm http://www.rapidform.com par exemple.

Il va de soi que les traitements pourraient s'effectuer à l'aide d'autres solutions logicielles de traitements de données 3D telles que Geomagic http://www.geomagic.com/fr/ou Polyworks http://www.innovmetric.com/polyworks/3Dscanners/home.aspx?lang=fr par exemple sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Finalement, le procédé suivant l'invention, en référence à la figure 2, comporte une dernière étape de post-traitement du modèle (700). Les différentes étapes précédemment décrites sont répétées jusqu'à ce que l'algorithme générique détermine que le modèle est complet. Plusieurs opérations sont ensuite effectuées sur l'ensemble des données acquises (maillage, remplissage des trous, lissage, etc.) afin de fournir un modèle final et complet de l'objet numérisé. Cette étape de post-traitement (700) est réalisée en utilisant des traitements logiciels bien connus de l'homme du métier. Par exemple, le post-traitement du modèle est réalisé par une solution logicielle de la société mus Technology http://www.rapidform.com/about-us/corporate/ et les traitements sont effectués sur le logiciel RapidForm http://www.rapidform.com.

Il est bien évident que les traitements pourraient s'effectuer à l'aide d'autres solutions logicielles de traitements de données 3D telles que Geomagic http://www.geomagic.com/fr/ou Polyworks http://www.innoymetric.com/polyworks/3Dscanners/home.aspx?lang=fr ou toute autre solution logicielle équivalente bien connue de l'homme du métier Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet (4) au moyen d'un capteur tridimensionnel sans contact (1), ledit objet (4) et/ou ledit capteur tridimensionnel sans contact (1) étant monté sur un système de positionnement comportant plusieurs degrés de liberté, ledit procédé est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : - d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans un espace dit de travail incluant un espace de déplacement du système de positionnement, un espace dit de collision et de contact et un espace de numérisation, ladite initialisation étant obtenue à partir de l'acquisition de données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner, - de planification de vues dans laquelle l'ensemble des points de vues utiles pour numériser l'ensemble de l'objet est déterminé à partir des données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner précédemment acquises, - de planification de trajectoire dans laquelle la trajectoire du capteur tridimensionnel sans contact (1) et/ou de l'objet (4) entre deux points de vues utiles est déterminée, ladite trajectoire étant contenue dans l'espace de travail du système de positionnement en restant dans l'espace de déplacement, - d'acquisition de nuages de points à partir de chacun des points de vue utiles, et - de recalage et de post-traitement des données jusqu'à ce qu'un modèle complet de l'objet à scanner (4) soit obtenu.
2. 2. Procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un obj et suivant la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner (4) dans l'espace de travail est obtenue selon la méthode dite SFX selon l'acronyme anglo-saxon « Shape From X ».
3. 3. Procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'étape de planification de vue comporte au moins deux étapes : - de génération de vues dans laquelle la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact (1), c'est-à-dire sa position et son orientation, est déterminée par rapport à un référentiel pour chacun des points de vues utiles, et - d'adaptation de la vue ainsi générée dans laquelle l'accessibilité du point de vue par le système de positionnement est vérifiée, un nouveau point de vue étant déterminé si le point de vue initial n'est pas accessible par le système de positionnement.
4. 4. Procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'étape de planification de 15 trajectoire est obtenue suivant une méthode d'échantillonnages de l'espace de déplacement.
5. 5. Procédé de numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'étape de planification de trajectoire comporte au 20 moins les étapes suivantes : - de détermination d'une trajectoire entre deux points de vue, - d'échantillonnage de ladite trajectoire, - de vérification d'absence de collisions pour les points échantillonnés, - si une collision est détectée, une nouvelle trajectoire est calculée suivant une 25 méthode d'échantillonnage de l'espace de déplacement.
6. 6. Programme d'ordinateur comprenant un code logiciel adapté pour réaliser la numérisation automatique tridimensionnelle d'un objet (4) au moyen d'un capteur tridimensionnel sans contact (1), ledit objet (4) et/ou ledit capteur tridimensionnel sans 30 contact (1) étant monté sur un système de positionnement (2,5) comportant plusieurs degrés de liberté, ledit code logiciel étant adapté pour réaliser au moins les étapes suivantes : - d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner dans un espace dit de travail incluant un espace de déplacement du système de positionnement,un espace dit de collision et de contact et un espace de numérisation, ladite initialisation étant obtenue à partir de l'acquisition de données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner, - de planification de vues dans laquelle l'ensemble des points de vues utiles pour numériser l'ensemble de l'objet est déterminé à partir des données de position des différentes surfaces de l'objet à scanner précédemment acquises, - de planification de trajectoire dans laquelle la trajectoire du capteur tridimensionnel sans contact (1) et/ou de l'objet (4) entre deux points de vues utiles est déterminée, ladite trajectoire étant contenue dans l'espace de travail du système de positionnement en restant dans l'espace de déplacement, - d'acquisition de nuages de points à partir de chacun des points de vue utiles, et - de recalage et de post-traitement des données jusqu'à ce qu'un modèle complet de l'objet à scanner (4) soit obtenu.
7. 7. Programme d'ordinateur suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend un code logiciel adapté pour mettre en oeuvre la méthode dite SFX selon l'acronyme anglo-saxon « Shape From X », lors de l'étape d'initialisation permettant de localiser l'objet à scanner (4) dans l'espace de travail.
8. 8. Programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comprend un code logiciel adapté pour réaliser au moins les étapes suivantes : - de génération de vues dans laquelle la pose théorique du capteur tridimensionnel sans contact (1), c'est-à-dire sa position et son orientation, est déterminée par rapport à un référentiel pour chacun des points de vues utiles, et - d'adaptation de la vue ainsi générée dans laquelle l'accessibilité du point de vue par le système de positionnement est vérifiée, un nouveau point de vue étant déterminé si le point de vue initial n'est pas accessible par le système de positionnement.
9. 9. Programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend un code logiciel adapté pour réaliser l'étape de planification de trajectoire suivant une méthode d'échantillonnage de l'espace de déplacement.
10. 10. Programme d'ordinateur suivant la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend un code logiciel adapté pour réaliser les étapes suivantes : - de détermination d'une trajectoire entre deux points de vue, - d'échantillonnage de ladite trajectoire, - de vérification d'absence de collisions pour les points échantillonnés, - si une collision est détectée, une nouvelle trajectoire est calculée suivant une méthode d'échantillonnage de l'espace de déplacement.
11. 11. Support lisible comportant un programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10.