FR2995993A1 - Procede de verification de la precision de mesure d'un dispositif comprenant un moyen mobile de mesure de relief sans contact - Google Patents

Abstract

Dans un procédé de vérification de la précision spatiale d'un système de mesure de type "scanner" (13) comportant une tête "scanner" (1) de mesure de relief sans contact : - on oriente une règle crantée (20) selon une première direction, on estime à l'aide du système de mesure scanner (13) des premières coordonnées dans l'espace d'au moins deux points remarquables de la règle, et on estime une première distance entre les deux points remarquables à partir des premières coordonnées estimées, - on oriente la règle crantée (20) selon une seconde direction, et on estime une seconde distance entre les deux points remarquables, - on calcule une première erreur correspondant à la différence entre la première distance et une distance de référence connue de la règle entre les deux points remarquables, - on calcule une seconde erreur correspondant à la différence entre la seconde distance et une distance de référence connue de la règle entre les deux points remarquables.

Description

Procédé de vérification de la précision de mesure d'un dispositif comprenant un moyen mobile de mesure de relief sans contact L'invention a pour objet un procédé pour vérifier la précision de mesure d'un dispositif intégrant un moyen de mesure de relief sans contact, de type scanner laser. Une tête de mesure de type "scanner laser", lorsqu'elle est pointée sensiblement perpendiculairement à une surface à mesurer, envoie vers la surface un rayon incident, et, en fonction de l'inclinaison du faisceau réfléchi, en déduit la distance du point illuminé de l'objet, c'est à dire la coordonnée suivant un axe "z", de ce point. La tête de mesure effectue un balayage de l'objet suivant une ligne sensiblement perpendiculaire au faisceau incident. On obtient ainsi une portion de courbe correspondant à un relief local de l'objet dans le plan de balayage (plan défini par la direction de balayage et la direction incidente du faisceau). Un opérateur tenant la tête de mesure, ou un support mécanisé, peut déplacer la tête perpendiculairement à la direction de balayage, pendant que la tête acquiert une série de lignes de profil correspondant à des coupes successives voisines de la surface de l'objet. On peut ainsi numériser en trois dimensions une portion de la surface de l'objet. Les coordonnées finales de la portion de surface ainsi numérisée sont calculées en ajoutant les coordonnées locales, calculées par la tête de mesure scanner laser, éventuellement décalées par rotation; à des coordonnées caractérisant la position de la tête elle- même. Les coordonnées de la tête peuvent être déterminées par différents moyens d'intégration de mesure, par exemple par un bras polyarticulé soutenant la tête de mesure et une poignée de guidage solidaire rendue solidaire de la tête. La position de l'ensemble "poignée + tête" est mesurée à l'aide de codeurs enregistrant les rotations des différents axes d'articulation du bras. La tête peut également être mue par une machine à mesurer tridimensionnelle, qui est alors à même d'enregistrer les positions imposées à la tête de lecture pendant le balayage de l'objet. La tête peut enfin être portée à la main par un opérateur, qui la garde "en vue" d'un laser de poursuite configuré pour calculer la position dans l'espace de la tête. La tête scanner laser peut être munie à cet effet d'une série de diodes permettant à une caméra du laser de poursuite de déterminer l'orientation de la tête dans l'espace, ainsi que de coins réflecteur permettant au laser de poursuite d'estimer la distance de la tête par rapport à un point de référence du laser tracker. On souhaite évaluer la précision du système de mesure comprenant la tête de mesure scanner laser et le moyen d'intégration, à l'aide de mesures « raccordées » aux étalons nationaux, c'est-à-dire à partir de mesures obtenues à l'aide de moyens de mesure ou d'étalonnage dont les caractéristiques ont été certifiées par un organisme agréé, par exemple, par la COFRAC (Comité Français d'accréditation). On souhaite effectuer la procédure d'évaluation dans des conditions de mesures qui se rapprochent le plus possible des conditions de mesure des objets contrôlés au quotidien. L'invention a en particulier pour but de proposer un procédé permettant d'évaluer les niveaux d'incertitude auxquels on peut s'attendre lorsque l'on détermine à l'aide du système de mesure, la distance séparant deux points d'un objet à contrôler. A cette fin, il est proposé un procédé de vérification de la précision spatiale d'un système de mesure de type "scanner" comportant une tête "scanner" de mesure de relief sans contact, et comportant un moyen d'intégration de mesure apte à déterminer l'orientation et la position dans l'espace de la tête scanner. Dans ce procédé on utilise une règle crantée, et on effectue les étapes suivantes : -on oriente la règle crantée selon une première direction, on estime à l'aide du système de mesure scanner des premières coordonnées dans l'espace d'au moins deux points remarquables de la règle, en imprimant à la tête scanner au moins un mouvement de translation et au moins un mouvement de rotation au cours de l'estimation des premières coordonnées, et on estime une première distance entre les deux points remarquables à partir des premières coordonnées estimées, -on oriente la règle crantée selon une seconde direction, on estime à l'aide du système de mesure scanner des secondes coordonnées dans l'espace des mêmes deux points remarquables de la règle, en imprimant à la tête scanner (1) au moins un mouvement de translation et au moins un mouvement de rotation au cours de l'estimation des secondes coordonnées, et on estime une seconde distance entre les deux points remarquables à partir des secondes coordonnées estimées, -on calcule une première erreur correspondant à la différence entre la première distance et une distance de référence connue de la règle entre les deux points remarquables, -on calcule une seconde erreur correspondant à la différence entre la seconde distance et une distance de référence connue de la règle entre les deux points remarquables.

Selon un mode de réalisation préféré, la tête "scanner" est configurée pour déterminer le profil d'un objet selon une première direction de balayage (par exemple une direction "x") en analysant un faisceau réfléchi par l'objet, pendant un balayage de l'objet selon la première direction, par un faisceau laser incident envoyé par la tête sur l'objet. De manière préférentielle, la règle est une règle d'étalonnage, et la distance de référence entre deux crans de la règle est déterminée à l'aide d'un moyen de mesure raccordé aux étalons nationaux ou internationaux, par exemple à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle étalonnée. De manière préférentielle, on effectue les estimations de distances entre des couples de points de la règle en alignant la règle selon au moins quatre directions différentes, soit trois premières directions perpendiculaires entre elles, et une quatrième direction ayant des composantes non nulles suivant chacune des trois premières directions. Les trois premiers axes peuvent par exemple être choisis de manière à solliciter des axes particuliers de mobilité de moyens de mesure du moyen d'intégration, par exemple des axes de rotation d'un bras polyarticulé, des axes de rotation ou de translation d'une machine à mesurer tridimensionnelle, des axes de rotation d'une tête de mesure d'un laser tracker. Deux de ces trois premiers axes peuvent être horizontaux, et le troisième axe peut être vertical. Les quatre positions de la règle sont centrées de préférence sensiblement sur un même point, de manière à permettre de quantifier des erreurs de mesure du système de mesure à l'intérieur d'un même espace de travail. La règle peut typiquement comporter cinq crans trapézoïdaux, et un relief vertical permettant de définir l'origine des abscisses le long de la règle.

Avantageusement, on estime pour chaque direction les distances entre au moins trois couples différents de points remarquables. Dans le cas par exemple de la règle avec cinq crans et un relief d'origine, on peut estimer cinq distances, entre le relief origine et le milieu du premier cran, puis entre les milieux de deux crans successifs. Selon un mode de réalisation avantageux, on effectue pour chaque direction une première série d'estimation de coordonnées des points remarquables le long de la règle, en calculant une première série d'erreurs de distance associées, puis on effectue pour chaque direction une seconde série d'estimation de coordonnées des points remarquables le long de la règle, en calculant une seconde série d'erreurs de distances associées. On peut par exemple établir une cartographie associant à chaque couple de deux points remarquables successifs de la règle, une ou plusieurs valeurs statistiques calculées à partir des erreurs calculées sur la distance de ce couple de points, dans les différentes positions, c'est-à-dire parallèlement aux différentes directions, de la règle. De manière avantageuse, on estime pour chaque intervalle ("i") une valeur d'incertitude de mesure (IG;), et on estime une incertitude maximale du système de mesure scanner, qui est un maximum des précédentes valeurs d'incertitude. On peut utiliser une règle munie de crans en relief, la section longitudinale des crans étant sensiblement trapézoïdale.

Avantageusement, au moins un des points remarquables pris en compte est défini comme ayant pour abscisse longitudinale le centre d'un cran trapézoïdal. Le centre longitudinal du cran peut par exemple être défini comme le milieu d'un segment d'intersection entre une droite de comptage d'abscisse (D.) et le volume de la règle. Selon un mode de réalisation avantageux, pour estimer à l'aide du système de mesure de type scanner les coordonnées d'un des points remarquables de la règle, on effectue les étapes suivantes : -on détermine dans un référentiel du système de mesure, un premier plan géométrique longitudinal de la règle en scannant une ou plusieurs portions de surfaces planes d'un premier plan latéral de la règle, -on détermine dans le référentiel du système de mesure, un second plan géométrique longitudinal de la règle en scannant une ou plusieurs portions de surfaces planes d'un second plan de la règle, perpendiculaire au premier, -on détermine dans le référentiel du système de mesure, une droite géométrique de référence (Do) parallèle à l'intersection (D) du premier plan géométrique longitudinal et du second plan géométrique longitudinal, -on choisit un point origine sur la droite de référence (Do), à une distance prédéfinie de l'intersection de la droite de référence avec un troisième plan géométrique transversal déterminé en scannant une portion de surface plane d'un troisième plan physique de la règle.

Par déterminer un plan ou une droite dans le référentiel du système de mesure, on entend que l'on utilise le système de mesure pour définir une équation de ce plan ou de cette droite géométrique. On peut en outre déterminer un quatrième plan géométrique, en scannant une portion de surface plane délimitant une première face oblique d'un cran trapézoïdal délimitant le début du cran dans le sens longitudinal de la règle, et déterminer un cinquième plan géométrique en scannant une portion de surface plane délimitant la seconde face oblique délimitant la fin du cran trapézoïdal. Dans le cas particulier où le cran trapézoïdal est rectangulaire, le premier et le second plan oblique peuvent être des plans perpendiculaires à un plan de base de la règle. On peut alors déterminer un premier point d'intersection de la droite géométrique de référence avec le quatrième plan géométrique.

On peut également déterminer un second point d'intersection de la droite géométrique de référence avec le cinquième plan géométrique, et d'en calculer la moyenne des coordonnées du premier et du second point d'intersection. On peut alors utiliser cette moyenne comme valeur estimée des coordonnées du point remarquable dans le référentiel du système de mesure. Le procédé peut par exemple être appliqué à un système de mesure de type scanner dont le moyen d'intégration est un bras polyarticulé apte à calculer la position dans l'espace d'une extrémité du bras mue manuellement, à un système de mesure de type scanner 15 dont le moyen d'intégration est une machine à mesurer tridimensionnelle apte à calculer la position dans l'espace d'une zone support de la machine, ou à un système de mesure de type scanner dont le moyen d'intégration est un laser de poursuite apte à déterminer à distance la position dans l'espace d'une tête scanner de mesure mue 20 par un opérateur, munie de dispositifs lumineux et munie d'au moins un dispositif réfléchissant adaptés. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins 25 annexés sur lesquels : la figure 1 illustre de manière simplifiée le fonctionnement d'une tête de mesure scanner laser, la figure 2 illustre un système de mesure comprenant une tête de mesure scanner solidaire d'un bras 30 polyarticulé, la figure 3 illustre un système de mesure comprenant une tête de mesure scanner solidaire d'une machine à mesurer tridimensionnelle, la figure 4 illustre un système de mesure comprenant une tête de mesure scanner associée à un laser de poursuite, la figure 5 illustre un exemple de géométrie de règle étalon utilisée dans le procédé de vérification selon l'invention, la figure 6 illustre des éléments géométriques pris en compte lors d'un procédé de vérification selon l'invention, les figures 7, 8, 9, 10 illustrent différentes positions relatives entre une règle étalon et un moyen d'intégration, successivement mises en oeuvre lors d'un procédé de vérification selon l'invention. La figure 1 illustre de manière simplifiée le fonctionnement d'une tête de mesure 1 de type « scanner laser ». Un appareil de mesure de type "scanner laser" est un appareil connu en soi. La tête de lecture 1 peut typiquement comprendre un boîtier 2 à l'intérieur duquel se trouve une source laser 4. Une série de capteurs 6 sont configurés de manière à pouvoir recevoir un faisceau lumineux 11 obtenu par réflexion d'un faisceau incident 10 émis par la source laser 4. Le faisceau réfléchi 11 est focalisé par un dispositif optique 5, et suivant son point d'impact sur la série de capteurs 6, permet à une unité de calcul (non représentée) de la tête de mesure 1 d'estimer une position Zo de la surface impactée de l'objet par rapport à un axe z sensiblement parallèle au faisceau laser incident 10. Tel qu'illustré sur la figure 1, lorsque la surface de l'objet 7 se trouve à une position Zo, le faisceau réfléchi 11 vient impacter un point Mo de la série de capteurs 6. Si la position de la surface est déplacée d'une distance dz, le faisceau réfléchi 12 vient cette fois-ci impacter un autre point des capteurs 6 situés à une distance du, du point Mo. La source laser 4, ou un second dispositif optique (non représenté) peut être mobile par rapport au boîtier 2, de manière à permettre d'effectuer un balayage de l'objet par le faisceau incident 10 le long d'une ligne parallèle par exemple un axe x, perpendiculaire à l'axe z. L'unité de calcul de la tête de mesure 1 peut ainsi enregistrer une série de coordonnées z de points de la surface de l'objet 7, tous alignés dans un plan xz. On obtient ainsi de façon numérique une coupe locale de la surface de l'objet 7 dans le plan xz. Le boîtier 2 peut être muni d'une poignée ou d'un système de fixation 3, qu'un opérateur, ou qu'un moyen motorisé peut déplacer suivant une troisième direction y, pendant que la tête de mesure effectue une série de balayages parallèles suivant la direction x. Le balayage suivant la direction y peut être effectué à une vitesse de balayage sensiblement inférieure à la vitesse de balayage de la tête suivant la direction x, ou être effectué par pas successif entre chaque balayage suivant la direction x. De cette façon, l'unité de calcul de la tête de mesure 1 peut enregistrer les coordonnées en z d'une portion de la surface de l'objet 7 dont l'étendue dépend à la fois de l'ampleur du balayage suivant la direction x effectué par le faisceau laser 4, et du balayage suivant la direction y effectué en déplaçant la tête de mesure 1.

Le boîtier 2 peut être muni de diodes 8 disposées sur ses différentes faces, ainsi que des dispositifs réflecteurs 9 aptes à renvoyer un faisceau laser d'un laser de poursuite. Le laser de poursuite est généralement équipé d'une caméra apte, à l'aide des images des différentes diodes 8, de déterminer l'orientation dans l'espace, ainsi que la position approximative du boîtier 2. Le laser de poursuite envoie alors un faisceau laser vers celui des dispositifs réflecteurs 9 qui est orienté vers lui, de manière à mesurer par interférométrie une distance plus précise entre la tête du laser de poursuite et le boîtier 2 de la tête de mesure 1.

Un système de mesure de type laser scanner peut comprendre une tête de mesure 1 reliée à une unité de commande électronique 100 et un moyen d'intégration également relié à l'unité de commande électronique 100, le moyen d'intégration pouvant être par exemple un laser de poursuite, une machine à mesurer tridimensionnelle ou un bras polyarticulé. La figure 4 illustre ainsi un système de mesure 13 comprenant une tête de mesure scanner laser 1 et un laser de poursuite 14. On retrouve sur la figure 4 des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. La tête orientable 15 du laser de poursuite comprend une caméra apte à déterminer la position de la tête de mesure 1 à l'aide des diodes 8 réparties sur la surface du boîtier 2 de la tête. Le laser de poursuite 14 comprend également un système interférométrique (no représenté) apte, en envoyant un faisceau laser 16 vers un dispositif réflecteur 9 du boîtier 2, à estimer des coordonnées précises dans l'espace de la tête de mesure 1, ces coordonnées comprenant une position exacte du dispositif réflecteur 9, et une orientation angulaire du boîtier 2 par rapport à des axes de référence t, u, y, du laser de poursuite 13. Le système interférométrique est configuré pour envoyer ces coordonnées à une unité de commande électronique 100. De manière générale, un laser de poursuite également appelé "laser tracker", comme par exemple le « Leica Absolute Tracker » peut comprendre deux dispositifs de mesure de distance : un dispositif interférométrique apte à mesurer l'éloignement d'un dispositif réflecteur le long d'un faisceau laser constamment dirigé vers ce dispositif réflecteur, et un système dit « ADM », de mesure absolue de distance, basée sur l'estimation du temps de vol d'un signal infrarouge vers le dispositif réflecteur, et qui ne nécessite pas de conserver l'historique du déplacement du dispositif réflecteur à partir de la source laser. Les deux systèmes fonctionnent de manière complémentaire. Le système interférométrique permet a priori une évaluation plus précise sur un déplacement du dispositif réflecteur qui a été constamment suivi par le faisceau de mesure. Le système ADM permet d'évaluer de manière relativement précise une position du dispositif réflecteur pour laquelle on n'a pu conserver un historique d'éloignement complet, par exemple parce qu'un objet est venu s'interposer, pendant les opérations de mesure, entre la source du laser de poursuite, et le dispositif réflecteur. L'unité de commande électronique 100 est en outre connectée à la tête de mesure 1. Elle est configurée pour calculer les coordonnées finales dans l'espace, par rapport aux repères t, u, v, de chaque point scanné de la surface de l'objet 7. Pour cela, elle peut par exemple additionner les coordonnées d'un point de référence appartenant à la tête de mesure 1, estimées par le laser de poursuite, et les coordonnées, dans le repère de la tête de mesure, du point scanné de l'objet 7. On dit que le laser de poursuite 13 est un "moyen d'intégration" associé à la tête de mesure 1 car il permet de replacer dans un référentiel commun, des points de mesure effectués par la tête de mesure 1, ces points de mesure étant déterminés pour différentes positions de la tête de mesure. La figure 3 illustre un autre système de mesure comprenant une tête de mesure scanner 1, et dont le moyen d'intégration est une machine à mesurer tridimensionnelle 17. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. La tête de mesure 1 est fixée à l'extrémité d'un bras 18 de la machine à mesurer tridimensionnelle. Une unité de commande électronique 100 est reliée à la fois à la tête de mesure 1 et à la machine à mesurer tridimensionnelle 17. La machine à mesurer tridimensionnelle 17 permet ainsi à la fois de positionner et de connaître avec précision la position de la tête de mesure 1. L'unité de commande électronique 100 recalcule les positions dans un repère t, u, y liées à la machine à mesurer tridimensionnelle 17, les coordonnées des points numérisés à l'aide de la tête de mesure 1, et est configurée pour calculer les coordonnées finales dans l'espace, par rapport aux repères t, u, y, lié à la machine à mesurer tridimensionnelle, de chaque point scanné de la surface de l'objet 7. La figure 2 illustre un système de mesure dans lequel le moyen d'intégration est un bras polyarticulé 19. On retrouve sur la figure 2 des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Le bras polyarticulé 19 porte à son extrémité la tête de mesure 1 munie d'une poignée 3. Un opérateur (non représenté) peut, en manipulant la poignée 3, positionner la tête de mesure 1 face aux surfaces de l'objet 7 qu'il souhaite numériser. Le bras polyarticulé 19 est muni de codeurs (non représentés) aptes à calculer l'angle de rotation du bras autour de chacun de ses axes de rotation ni, n2, e23, na, e25, n6. L'unité de commande électronique 100 utilise des valeurs délivrées par les différents codeurs, ainsi que les valeurs délivrées par la tête de mesure 1, pour calculer les coordonnées finales des points de la surface de l'objet 7 dans un repère t, u, y, lié au bras polyarticulé 19. Les systèmes de mesure comprenant une tête de mesure de type scanner laser, intégrée par exemple à un laser de poursuite, à un bras polyarticulé, ou à une machine à mesurer tridimensionnelle sont des moyens de mesure connus en eux-mêmes. La figure 5 illustre la géométrie d'une règle crantée 20 utilisée dans un procédé de vérification selon l'invention. La règle crantée 20 comporte deux faces latérales parallèles L1 et L2 sensiblement planes, dont la plus grande dimension s'étend suivant une direction longitudinale X. La règle 20 comprend une face inférieure I qui peut être sensiblement plane et perpendiculaire aux faces L1 et L2.La règle 20 comprend une face supérieure S. On peut définir une direction transversale Y de la règle, perpendiculaire aux deux faces latérales L1 et L2 et une direction Z de hauteur de la règle perpendiculaire aux directions X et Y. La règle présente des crans trapézoïdaux 21, 22, que l'on peut aussi appeler dents trapézoïdales, dont deux seulement sont représentés ici, mais qui peuvent être présents en nombre quelconque, de préférence régulièrement espacés entre eux. Par exemple, une règle d'1,70 mètre peut comprendre cinq crans trapézoïdaux. La règle 20 comprend également un premier cran rectangulaire 23. Les crans 21, 22, 23 .... Sont, du point de vue géométrique, des formes "extrudées" suivant la direction transversale Y de la règle. On entend par là que ces crans sont limités par des portions de plans parallèles à cette direction transversale Y. Les crans trapézoïdaux 21, 22 et le cran rectangulaire 23 sont en relief par rapport à un plan de base 30 appartenant à la surface supérieure S de la règle 20. En outre, les crans sont espacés entre eux d'une largeur 31 qui est supérieure à la largeur maximale 32 des crans trapézoïdaux 21, 22. Cette configuration facilite la lecture, à l'aide d'une tête de mesure scanner, des coordonnées de points se trouvant sur une des faces latérales d'un des crans, car cette face latérale n'est ainsi pas « à l'ombre » d'un cran voisin. Une ligne 35 dessinée sur la face supérieure S illustre un exemple de trajet parcouru par le faisceau laser incident 10, si on scanne un cran 22 de la règle en orientant le faisceau incident 10 de la tête de lecture 1 perpendiculairement au plan de base 30 de la règle 20.

La figure 6 illustre différents éléments géométriques de la règle 20, éléments que l'on détermine au cours d'un procédé selon l'invention à l'aide d'un système de mesure de type laser scanner, pour estimer la position de point caractéristique de la règle 20. Ces points caractéristiques peuvent par exemple correspondre à un point central de chacun des crans trapézoïdaux. On trouve sur la figure 6 des éléments communs à la figure 5, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Dans le procédé de vérification selon l'invention, la tête de mesure 1 est utilisée pour scanner différentes portions de la surface extérieure de la règle crantée 20, et pour déduire les valeurs numériques correspondant à un certain nombre d'éléments géométriques, ici, dans un premier temps, une série d'équations correspondant à des plans spécifiques de la surface externe de la règle 20.

A chaque fois, pour déterminer l'équation d'un plan correspondant à une portion de la surface de la règle, on scanne une portion du plan que l'on souhaite déterminer, ou bien on scanne une portion de surface de la règle englobant le plan, en orientant la tête de mesure de manière à ce que le faisceau incident du laser soit sensiblement perpendiculaire au plan que l'on souhaite numériser. On se place ainsi dans des conditions de mesure qui sont similaires à celles généralement utilisées lors de la numérisation d'un objet quelconque à l'aide du système de mesure.

Il est possible de numériser une surface qui englobe une portion de plan et englobant simultanément des portions de surfaces non coplanaires à cette portion de plan. Il est alors possible a posteriori, de sélectionner, à l'aide de l'unité de commande électronique 100 un sous-ensemble de points inclus dans le plan que l'on souhaite déterminer. Pour déterminer un premier plan correspondant à la direction d'une des faces latérales L1 (dans l'exemple illustré en figure 6) ou L2 de la règle, on scanne une portion P1 ou on scanne plusieurs portions, par exemple deux portions P1, P'l et une troisième portion P"i (troisième portion non représentée sur la figure 6) le long d'une même face latérale de la règle 20. On demande à l'unité de commande électronique 100 d'extraire de la série de points numérisés, par exemple par des méthodes de type moindre carré, une équation d'un premier plan géométrique LP1 correspondant à une première face latérale de la règle 20. On scanne également une portion P2 de la surface supérieure de la règle 20, par exemple, une portion de la face supérieure du premier cran rectangulaire 23. Selon des variantes de réalisation, on pourrait également scanner une ou plusieurs surfaces parallèles à cette portion supérieure, surfaces situées par exemple dans le plan de base 30 entre les crans de la règle. On demande ensuite à l'unité de commande électronique 100 d'en déduire par une méthode similaire à celle utilisée pour la détermination du premier plan géométrique LP1, l'équation d'un second plan géométrique SP2. L'intersection du plan géométrique LP1 et du plan géométrique SP2 est une droite D. On détermine également, en scannant une portion de surface P3 perpendiculaire aux deux plans LP1 et SP2, par exemple en scannant une portion d'une face verticale du premier cran rectangulaire 23, l'équation d'un troisième plan ici désigné par VP3. De cette manière, on a défini une direction qui est celle de la droite D et on a défini un plan VP3 dont l'intersection avec la droite D permet de fixer une origine de comptage S2 pour des abscisses le long de la direction D. Cet axe des abscisses permet de définir les positions de points particuliers de la règle 20, points particuliers déterminés à partir du relief des crans 23, 21, 22 ... de la règle. On peut par exemple, connaissant les dimensions de la règle 20 mesurées à l'aide d'un dispositif raccordé aux étalons nationaux, décider de prendre comme axe des abscisses une droite Do parallèle à la droite D définie précédemment, et passant sensiblement par le milieu de la première face verticale séparant le premier cran rectangulaire 23 de la première portion du plan de base 30. Cette première face verticale est celle dont on a scanné une portion pour déterminer le troisième plan géométrique VP3.

Selon des variantes de réalisation, par exemple si le premier cran de la règle n'était pas rectangulaire mais trapézoïdal, il serait possible de prendre comme point d'origine de comptage des abscisses, l'intersection de la droite D -ou d'une droite arbitraire parallèle à D-avec un plan particulier lié à la règle, par exemple avec un plan oblique limitant un des crans trapézoïdaux. Différentes méthodes sont envisageables pour déterminer, à l'aide du système de mesure, quelle est la position du centre de chaque cran par rapport à l'axe des abscisses que l'on s'est choisi. On peut par exemple déterminer l'équation d'un premier plan P21 a correspondant à un plan géométrique interceptant la droite Do et bordant le premier cran 21 sur une face correspondant à un premier côté oblique du trapèze définissant une section longitudinale du cran, puis déterminer l'équation d'un second plan P2lb interceptant également la droite Do et formant l'autre face correspondant à l'autre côté du trapèze. Une fois que l'on dispose des équations du plan P21 a et P21b, on peut calculer les coordonnées d'un premier point Pt21a correspondant à l'intersection de la droite Do avec le plan P2la et calculer les coordonnées d'un second point d'intersection Pt21 b correspondant à l'intersection de la droite Do avec le plan P21b. On peu ensuite calculer les coordonnées d'un point Pt21 situé au milieu des points Pt21 a et Pt21b, et considérer que ce point définit le centre du cran 21. On procède ensuite selon la même méthode pour définir des plans P22a et P22b bordant le cran 22 suivant, puis pour définir un point Pt22 correspondant au centre de ce cran 22. On procède de même pour les crans suivants de la règle, par exemple pour tous les crans trapézoïdaux de la règle. On peut choisir, si les dimensions de la règle sont supérieures au volume de l'espace de travail que l'on souhaite caractériser, de ne répéter l'opération que pour un nombre limité de crans de la règle. On peut choisir d'autres manières de déterminer le centre de chaque cran. Dans ce cas, la procédure suivie pour déterminer des valeurs de référence des centres de chaque cran de la règle, à l'aide du moyen raccordé aux étalons nationaux, devra également être modifiée de manière similaire. On peut par exemple déterminer l'intersection des plans P2la et P2lb délimitant les deux faces d'un cran, de manière à déterminer l'équation d'une droite D3, et considérer que le point Pt21 représentant le centre du cran, est le point de la droite Do qui est le plus proche de la droite D3. On détermine à l'aide du système de mesure comprenant la tête de mesure scanner 1, les abscisses des centres des différentes crans 21, 22 ... de la règle 20 suivant la procédure retenue. On place la règle dans différentes positions par rapport au moyen d'intégration, et on effectue au moins une mesure pour chaque cran de la règle dans chacune des positions de la règle. De manière préférentielle, on effectue au moins deux séries de mesures d'abscisse pour chaque position de la règle.

Les figures 7, 8, 9, 10 illustrent quatre configurations dans lesquelles on peut placer la règle 20 pour effectuer des séries d'estimation de coordonnées des points centraux des crans de la règle 20. Ces configurations sont choisies de manière à solliciter, suivant différents axes, des éléments mobiles de mesure ou de déplacement du moyen d'intégration. Sur les figures 7 à 10, le moyen d'intégration représenté est un laser de poursuite, mais pourrait également être un autre moyen d'intégration, tel qu'une machine à mesurer tridimensionnelle ou un bras polyarticulé. La procédure de vérification du système de mesure concerne cependant un système de mesure particulier, donc le moyen d'intégration reste bien sûr le même pendant la procédure de vérification.

Sur la figure 7, la règle 20 est placée à l'horizontale sur des supports 33 ayant ici chacun pour hauteur sensiblement la moitié de la longueur de la règle, de manière à ce qu'une des extrémités de la règle 20 pointe vers le moyen d'intégration, ici le laser de poursuite 14. Les crans de la règle sont ici placés vers le haut de manière à faciliter les opérations de saisie de chacune des portions de surface bordant chacun des côtés de chaque cran, en vue de déterminer les coordonnées des centres des crans de la règle. Sur la figure 8, la règle 20 est placée sur les mêmes supports 33, toujours les crans orientés vers le haut mais de manière à ce qu'un axe central vertical du moyen d'intégration soit sensiblement équidistant des deux extrémités de la règle 20. Le moyen d'intégration occupe toujours la même position. La règle 20 est donc placée perpendiculairement à sa position représentée sur la figure 7. Sur la figure 9, la règle est placée verticalement, éventuellement en appui contre les supports 33 empilés, les crans de la règle étant dirigés sensiblement vers le moyen d'intégration, ici le laser de poursuite 14. Le moyen d'intégration occupe toujours la même position par rapport à un volume de travail 34, le volume de travail 34 étant centré sur un point 0 par lequel on fait passer la règle pour chacune des positions retenues. Dans les trois positions de la règle représentées sur les figures 7, 8 et 9, la règle 20 s'étend au travers du volume de travail 34. Le volume de travail 34 est choisi à proximité du moyen d'intégration 14, à une distance permettant d'effectuer des mesures à l'aide de la tête de lecture 1 dans tout le volume 34, sans avoir à déplacer le moyen d'intégration 14. Sur la figure 10, la règle 20 occupe une position oblique par rapport aux trois positions décrites sur les figures 7, 8 et 9, c'est-à- dire que la règle 20 est orientée sensiblement suivant une direction w diagonale à un cube dont les côté seraient parallèles aux trois positions précédentes de la règle. Les crans de la règle peuvent être orientés vers le haut de manière à faciliter la lecture des positions de tous les crans de la règle.

On peut envisager des variantes de réalisation. La face supérieure S portant les crans de la règle peut être orientée suivant des directions différentes de celles décrites précédemment. Le choix de l'orientation des crans de la règle doit cependant permettre de garder une bonne accessibilité de la règle à la mesure, c'est-à-dire permettre de positionner le faisceau incident 10 de la tête de mesure 1 sensiblement perpendiculairement à chacun des plans dont on souhaite obtenir une équation numérique à l'aide du système de mesure. Le choix des différentes positions de la règle 20 par rapport au moyen d'intégration 14 permet, pour chacune des positions, de déterminer les coordonnées des centres des crans de la règle dans le repère t,u,v lié au moyen d'intégration en explorant différentes zones de l'espace à l'intérieur du volume de travail, et en sollicitant différents axes de mobilité du moyen d'intégration. Une fois acquises les coordonnées estimées des centres des crans de la règles dans différentes positions de la règle à l'aide du système de mesures dont on souhaite estimer la précision, chaque série de coordonnées des crans successifs de la règle est utilisée pour calculer une suite des distances séparant deux crans successifs de la règle. Cette suite de distances est ensuite comparée à une suite de distances de référence caractérisant les distances entre deux crans successifs de la règle. Les distances de références sont obtenues en mesurant la règle 20 à l'aide de moyens homologués dont la précision est connue et "raccordée" à des étalons nationaux ou internationaux. La méthode de mesure pour déterminer les distances entre crans à l'aide de ces moyens homologués doit être cohérente avec la méthode de mesure retenue pour déterminer les distances entre crans à l'aide du système à caractériser. Ainsi, un même point caractéristique, par exemple le centre d'un des crans, doit être défini comme l'intersection des mêmes éléments géométriques (droites ou plans) lors des mesures avec le moyen à caractériser et lors des mesures avec le moyen homologué. La différence entre la longueur d'intervalle entre les deux crans estimée à l'aide du moyen de mesure à caractériser, et la longueur d'intervalle de référence est reportée dans un tableau qui peut par exemple se présenter comme le tableau 1 suivant. Position fig.10 Position fig.9 Position fig.8 Position fig.7 Fidélité IG; abscisse & mesurel &mesure2 &nu:suret (5i mesure2 & mesure'. 5imesure2 & mesure' (5i mesure2 justesse ii Répét. f; rep; 0,000 0,007 0,000 0,002 0,000 0,006 0,000 -0,002 0,002 0,003 0,003 0,011 0 -0,010 0,003 -0,005 -0,005 -0,006 -0,002 -0,009 -0,003 -0,005 0,004 0,005 0,018 200,207 0,004 0,013 0,009 0,009 0,002 0,008 0,001 0,008 0,007 0,004 0,005 0,019 600,179 -0,003 0,005 0,003 0,003 -0,007 -0,002 0,000 0,002 0,000 0,004 0,003 0,010 1000,135 -0,003 0,001 -0,002 0,009 -0,006 -0,002 -0,002 0,000 -0,001 0,005 0,005 0,014 1400,093 0,002 0,001 0,003 0,005 -0,004 -0,004 -0,001 -0,001 0,000 0,003 0,001 0,007 6 1700,137 IG.'' = max (IGi) 0.019 Le tableau 1 présente une succession de colonnes. Dans chaque colonne sont reportées les différences entre longueurs d'intervalle mesurées et longueurs d'intervalle de référence, pour une série de mesures ("mes. 1" ou "mes. 2") dans une des positions de mesures de la règle 20. Les longueurs d'intervalles de référence, correspondant aux distances par rapport à la fin du premier cran rectangulaire 23, sont indiquées dans la colonne "abscisse". Elles sont mesurées par un moyen raccordé par rapport aux étalons nationaux, par exemple mesurées par une MMT étalonnée. La distance entre deux crans correspond à un intervalle de mesure repéré par un indice "i". Les huit valeurs successives d'erreurs de mesure reportées dans une même ligne, et correspondant aux erreurs obtenues sur l'estimation de la distance entre deux mêmes crans, sont ensuite traitées de manière statistique, pour calculer différentes valeurs statistiques repérées ici par les dénominations « justesse », « répétabilité », « fidélité », « Incertitude Globale (IG) ». D'autres valeurs statistiques pourraient être inscrites dans le tableau, toujours calculées à partir des erreurs de mesure correspondant à un même intervalle de la règle. Les séries de mesures "mes. 1" et "mes. 2" d'une même position de la règle peuvent être acquises en parcourant la règle deux fois dans le même sens, ou en effectuant un aller-retour le long de la règle. On peut éventuellement acquérir plus que deux séries de mesures pour chaque position de la règle. Les valeurs statistiques qui sont déterminées à partir des erreurs de mesures, et qui sont ici reportées dans le tableau 1, pourraient également être reportées dans un tableau séparé, autrement dit une cartographie de résultats séparée de la cartographie d'erreurs. Les valeurs statistiques calculées sont généralement choisies de manière à quantifier de manière ou d'autre, d'une part, la justesse de la mesure, et d'autre part, sa reproductibilité.

Par justesse on entend la proximité des valeurs estimées, par rapport à la valeur réelle ou théorique, et par reproductibilité on entend l'aptitude à obtenir à l'aide système de mesure deux mesures successives suffisamment proches lorsque l'on effectue la mesure sur un même intervalle. Une incertitude globale peut être déterminée, suivant différentes formules statistiques présentes dans la littérature, pour chaque série de mesures d'un des intervalles de la règle, c'est-à-dire pour chaque ligne du tableau. Une incertitude globale du système de mesure peut ensuite être déterminée, comme la valeur maximale de toutes les incertitudes globales déterminées pour chaque intervalle de mesure. Le tableau 1 illustre des résultats de valeurs qui pourraient être collectées lors de l'exploration d'une règle étalon 20 selon la méthode décrite plus haut. A titre d'exemple, on peut calculer pour chaque ligne i de chaque tableau une valeur de justesse ji, une valeur de répétabilité repi, une valeur de fidélité fi, et une incertitude globale IGi. On peut par exemple choisir de définir les différentes valeurs suivant les équations qui suivent. Justesse ji associée à l'intervalle i : VI éx; (équation 1) W'mesurel 6imesure2) 2n n Où : n est le nombre de positions différentes de la règles dans lesquelles on a effectué à chaque fois deux séries de mesures : la somme se fait sur tous les termes d'une ligne, c'est-à-dire sur les différentes positions de la règle 20. 5imesure1 est l'erreur de mesure lors de la première série de mesures, c'est-à-dire la différence entre la longueur de l'intervalle entre deux centres de crans estimée par le système, et la longueur de référence connue entre les deux mêmes crans de la règle, 51mesure2 est l'erreur de mesure lors de la seconde série de mesures, c'est-à-dire la différence entre la longueur de l'intervalle entre deux centres de crans estimée par le système, et la longueur de référence connue entre les deux mêmes crans de la règle, Répétabilité rep; associée à l'intervalle i : -\IE (&mesurel - j1 )2 ±(5imesure2- Y repi = " (équation 2) n-1 où j; est la justesse associée au même intervalle et calculée à l'équation (1).

Fidélité f; associée à l'intervalle i: =.\i-E (5i 1-5i 2)2 (équation 3) n mesure mesure IG; incertitude globale associée à l'intervalle i: 101=j; +2Vrepi2 +.42 (équation 4) 'G.= maxi (IG;) (équation 5) Le tableau 1 n'est qu'un exemple de tableau de contrôle qu'on peut mettre en place. D'autres valeurs statistiques peuvent être sélectionnées pour être calculées à partir des valeurs d'erreurs. L'invention ne se résume pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. On peut choisir d'effectuer les séries de mesure des positions de crans de la règle pour une série d'orientation de la règle, différentes de celles décrites sur les figures 7 à 10. On peut caractériser un volume de travail de mesure de diamètre plus grand que la règle, en déplaçant la règle parallèle à elle-même entre deux séries de mesure pour chacune des directions explorées.

On peut choisir d'autres manières de définir des points caractéristiques le long de la règle, par exemple l'intersection d'une seule face de chaque cran avec une droite Do ou avec une autre droite parallèle. On peut envisager d'utiliser d'autres géométries de règle étalon. On peut envisager une procédure de contrôle d'un système intégrant un laser de poursuite, dans lequel on interrompt le faisceau du laser de poursuite entre les phases de scannage des plans de deux crans successifs. De cette manière, l'estimation de la distance entre les deux crans met en jeu les imprécisions de mesures liées à l'utilisation du système ADM. Cette procédure de contrôle peut être pertinente pour évaluer la précision du système de mesure lors de la numérisation d'un objet qui ne peut être scanné en gardant constamment la tête de mesure scanner laser "en vue" du faisceau du laser de poursuite Le procédé de vérification selon l'invention permet de caractériser la précision d'un système de mesure intégrant une tête de lecture de type scanner laser dans un volume de travail tridimensionnel correspondant au volume de travail utilisé au quotidien. Le procédé peut être appliqué à tous moyens de mesure tridimensionnel sans contact couplant une tête de mesure apte à effectuer une numérisation locale d'un objet en 3D, dans un repère lié à la tête, et un moyen d'intégration permettant de re-situer les coordonnées numérisées dans un repère immobile par rapport à l'objet, et dans lequel la tête de mesure se déplace pour effectuer la numérisation de différentes zones de l'objet. Le procédé permet de déterminer une incertitude globale de mesure par rapport à un étalon de distance raccordé aux étalons nationaux. Le fait de déterminer les points caractéristiques de la règle à partir de portions de plans scannées par la tête de mesure, permet de mettre en jeu pour chaque portion de plan ainsi déterminée, à la fois la précision liée au balayage du faisceau laser effectué par la tête, et la précision d'évaluation spatiale du balayage (éventuellement manuel) effectué perpendiculairement à la direction de balayage de la tête. En même temps, le fait de définir chaque point caractéristique comme une intersection de plans, ou de plans et de droites, permet de ne pas surestimer l'erreur liée au système de mesure. En effet, la lecture directe des coordonnées d'un point physique de la surface de l'objet peut ajouter une source de variabilité supplémentaire, liée au fait que l'on ne "vise" pas forcément exactement le même point lors de deux mesures successives.

Le procédé de vérification selon l'invention propose ainsi une méthode simple dans son application, et en même temps rigoureuse pour déterminer une valeur d'incertitude maximale du système de mesure dans un volume de travail tridimensionnel.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de vérification de la précision spatiale d'un système de mesure de type "scanner" (13, 13', 13") comportant une tête "scanner" (1) de mesure de relief sans contact, et comportant un moyen d'intégration de mesure (14, 17, 19) apte à déterminer l'orientation et la position dans l'espace de la tête scanner (1), procédé dans lequel on utilise une règle crantée, et on effectue les étapes suivantes : -on oriente la règle crantée (20) selon une première direction, on estime à l'aide du système de mesure scanner (13, 13', 13") des premières coordonnées dans l'espace d'au moins deux points remarquables (Pt21, Pt22) de la règle (20), en imprimant à la tête scanner (1) au moins un mouvement de translation et au moins un mouvement de rotation au cours de l'estimation des premières coordonnées, et on estime une première distance entre les deux points remarquables à partir des premières coordonnées estimées, -on oriente la règle (20) crantée selon une seconde direction, on estime à l'aide du système de mesure scanner (13, 13', 13") des secondes coordonnées dans l'espace des mêmes deux points remarquables (Pt21, Pt22) de la règle (20), en imprimant à la tête scanner (1) au moins un mouvement de translation et au moins un mouvement de rotation au cours de l'estimation des secondes coordonnées, et on estime une seconde distance entre les deux points remarquables (Pt21, Pt22) à partir des secondes coordonnées estimées, -on calcule une première erreur correspondant à la différence entre la première distance et une distance de référence connue de la règle entre les deux points remarquables (Pt21, Pt22), -on calcule une seconde erreur correspondant à la différence entre la seconde distance et une distance de référence connue de la règle entre les deux points remarquables (Pt21, Pt22).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on effectue les estimations de distances entre des couples de points (Pt21, Pt22) de la règle (20) en alignant la règle selon au moins quatre directionsdifférentes, soit trois premières directions (t, u, v) perpendiculaires entre elles, et une quatrième direction (w) ayant des composantes non nulles suivant chacune des trois premières directions.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel on estime pour chaque direction (t, u, v, w) les distances entre au moins trois couples différents de points remarquables.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on effectue pour chaque direction (t, u, v, w) une première série d'estimation de coordonnées des points remarquables le long de la règle, en calculant une première série d'erreurs de distance associées (81 mesurel), puis on effectue pour chaque direction une seconde série d'estimation de coordonnées des points remarquables le long de la règle, en calculant une seconde série d'erreurs de distances associées & mesure2) -
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on établit une cartographie associant à chaque couple ("i") de deux points remarquables (Pt21, Pt22) successifs de la règle (20), une ou plusieurs valeurs statistiques (ji, repi, fi, IGi) calculées à partir des erreurs (8 / mesure' 9 mesure2) dans les différentes positions (t, u, v, w) de la règle (20) calculées sur la distance de ce couple de points ("i").
6. 6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on estime pour chaque intervalle ("i") une valeur d'incertitude de mesure (IGi), et on estime une incertitude maximale (IGmax) du système de mesure scanner (13, 13', 13"), qui est un maximum des précédentes valeurs d'incertitude (IGi).
7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on utilise une règle (20) munie de crans (21, 22, 23) en relief, la section longitudinale des crans étant sensiblement trapézoïdale.
8. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel au moins un des points remarquables (Pt21, Pt22) pris en compte est défini comme ayant pour abscisse longitudinale le centre d'un cran trapézoïdal (21, 22).
9. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, pour estimer à l'aide du système de mesure scanner (13, 13', 13'), lescoordonnées d'un des points remarquables (pt21, Pt22) de la règle (20), on effectue les étapes suivantes : -on détermine dans un référentiel (t,u,v) du système de mesure, un premier plan géométrique (L131) longitudinal de la règle en scannant une ou plusieurs portions de surfaces planes (Pi, P'1) d'un premier plan latéral (L1) de la règle, -on détermine dans le référentiel (t,u,v) du système de mesure, un second plan géométrique (SP2) longitudinal de la règle en scannant une ou plusieurs portions (P2) de surfaces planes d'un second plan de la règle, perpendiculaire au premier (Li), -on détermine dans le référentiel (t,u,v) du système de mesure, une droite géométrique de référence (Do) parallèle à l'intersection (D) du premier plan géométrique (L131) longitudinal et du second plan géométrique (SP2) longitudinal, -on choisit un point origine (n sur la droite de référence (Do), à une distance prédéfinie de l'intersection de la droite de référence(Do) avec un troisième plan géométrique (VP3) transversal déterminé en scannant une portion de surface (P3) plane d'un troisième plan physique de la règle (20).
10. 10. Procédé selon les revendications 8 et 9 combinées, dans lequel on détermine un quatrième plan géométrique (P21a, P22a) en scannant une portion de surface plane délimitant une première face oblique d'un cran trapézoïdal (21, 22) délimitant le début du cran dans le sens longitudinal (X) de la règle (20), et dans lequel on détermine un cinquième plan géométrique (P21b, P22b) en scannant une portion de surface plane délimitant la seconde face oblique délimitant la fin du cran trapézoïdal (21, 22).
11. 11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on détermine un premier point d'intersection (Pt21a) de la droite géométrique de référence (Do) avec le quatrième plan géométrique (P21a), dans lequel on détermine un second point d'intersection (Pt21b) de la droite géométrique de référence (Do) avec le cinquième plan géométrique (P21b), et dans lequel on calcule la moyenne des coordonnées du premier et du second point d'intersection, et on utilisecette moyenne comme valeur estimée des coordonnées du point remarquable (Pt21) dans le référentiel (t,u,v) du système de mesure.
12. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à un système de mesure de type scanner (13, 13', 13") dont le moyen d'intégration est un bras polyarticulé (19) apte à calculer la position dans l'espace d'une extrémité du bras mue manuellement, ou dont le moyen d'intégration est une machine à mesurer tridimensionnelle (17) apte à calculer la position dans l'espace d'une zone support (18) de la machine, ou dont le moyen d'intégration est un laser de poursuite (14) apte à déterminer à distance la position dans l'espace d'une tête scanner (1) de mesure mue par un opérateur, munie de dispositifs lumineux (8) et d'au moins un dispositif réflecteur (9) adaptés.