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Scanner une pièce, c'est facile !

Youssef Belgnaoui

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- Les bras de mesure ne se contentent plus de réaliser des contrôles dimensionnels. Équipés d'un scanner, ils restituent la forme d'une pièce en un tour de bras, modèle CAO compris.

On peut les transporter partout sous le bras. Avec leur poids inférieur à 10 kg, les bras de mesure ont trouvé leur place aussi bien dans les bureaux d'études pour le contrôle des prototypes que dans les ateliers au pied des machines pour le contrôle dimensionnel des pièces fabriquées. Outre leur portabilité, ces bras polyarticulés séduisent par leur maniabilité.

Il suffit de mettre le palpeur à bille au contact de la pièce à contrôler pour obtenir les coordonnées du point correspondant dans l'espace. Aujourd'hui, les bras de mesure ne se cantonnent plus au contrôle géométrique d'objets. Sous l'impulsion des centres de design automobile, ils ont été dotés de capacité de numérisation 3D.

Des capteurs adaptables

« Auparavant, la forme d'une maquette était reconstituée numériquement par les designers grâce au relevé d'une multitude de points avec un palpeur à bille. Mais cette opération prenait bien trop de temps », se souvient Régis Dinet, ingénieur technico-commercial chez Romer. Des entreprises telles que Kréon ou Perceptron ont donc développé des modules de numérisation 3D sans contact adaptables aux bras de mesure. Mais aujourd'hui, les fabricants de bras disposent de leur propre solution.

Romer a été le premier à proposer, il y a deux ans, le scanner optique G-Scan qui s'adapte à tous ses bras de mesure commercialisés depuis 1986. Il a été suivi l'an dernier par son homologue américain CimCore qui a collaboré, avec Perceptron, au développement d'un capteur optique qui s'adapte parfaitement à son matériel. Et Faro annonce pour le premier semestre 2004 le lancement sur le marché français de son propre système de numérisation compatible avec tous les bras des familles Platinium et Titanium.

Moyennant quoi le remplacement à l'extrémité du bras du capteur mécanique par un module de numérisation optique change complètement la manière d'opérer. Il accélère considérablement l'obtention d'un modèle numérique à partir d'une pièce réelle et ouvre aux bras de mesure de nouvelles perspectives d'utilisation. Les multiples articulations du bras (deux à l'épaule, deux au coude, deux ou trois au poignet) permettent d'accéder aisément à toutes les faces d'un objet.

Le module scanner, composé d'une caméra et d'une source laser, repose sur le principe de la triangulation laser. Un trait laser plan est projeté sur la pièce à numériser. La caméra filme la scène et saisit les ondes laser réfléchies. Le décalage angulaire entre la source laser et la caméra assure la perception du relief de la pièce et permet de calculer précisément la distance qui sépare le scanner de l'objet. Ces informations, associées à la position du bras, permettent d'obtenir les coordonnées exactes de chacun des 500 à 800 points du trait laser. Pour obtenir le modèle 3D virtuel d'une pièce à partir d'un objet réel, il suffit de balayer la pièce grâce au faisceau laser émis. « Cela est aussi simple que de peindre un objet. Il n'y a aucun contact avec la pièce. L'opération est très intuitive. Elle n'exige pas de stratégie de mesure particulière et le chevauchement de deux zones scannées ne pose aucun problème », indique Nicolas Tanala, responsable produits chez Faro. Les points mesurés s'affichent en temps réel sur l'écran du PC qui pilote le bras de mesure. À la fin de l'opération de numérisation, la forme de la pièce est représentée à l'écran par un nuage de points.

Une incertitude de seulement 30 µm

Ce nuage constitue un volume d'informations brutes extrêmement important qui serait beaucoup trop lourd à traiter numériquement. « Un traitement par triangulation conduit à créer un modèle numérique de la pièce constitué de surfaces élémentaires triangulaires. Ce fichier peut alors être traduit en format standard STL utilisable par n'importe quel logiciel de CAO ou système de prototypage rapide. On peut aussi obtenir un rendu réaliste de la surface pour mieux visualiser la géométrie de la pièce. Ceux qui ne peuvent traiter les fichiers STL pourront utiliser les fichiers de la pièce sous forme de section (IGES par exemple) selon des plans de coupe en X, Y, Z, ou des plans mesurés », explique Régis Dinet de Romer.

L'incertitude dépend du volume de la pièce mesurée et de celle qui est liée au modèle de bras utilisé. Plus le bras est petit, plus l'opération est précise. Le bras le plus utilisé couvre une enveloppe de mesure de 2,5 m. Équipé d'un palpeur à bille, il affiche une incertitude d'environ 30 µm alors qu'avec un scanner, l'incertitude est de l'ordre du dixième de millimètre. « Cette précision est bien souvent suffisante pour la détermination de la forme de pièces de tôlerie, de menuiserie ou en matière plastique. Nous ne visons pas les applications de mécanique de haute précision », observe Alain Boxberger, directeur de CMA, fabricant de machines à mesurer tridimensionnelles et distributeur des bras CimCore.

La portabilité du bras et sa maniabilité - associés à ses capacités de mesure - ouvrent de belles perspectives à cette technique pour les applications de rétroconception. Lorsqu'un designer conçoit un meuble, un siège ou toute autre pièce, il peut numériser rapidement sa maquette pour en obtenir le modèle numérique 3D au format CAO.

Une maquette testée en soufflerie peut être modifiée pour améliorer son aérodynamisme et les modifications apportées pourront être directement remontées au fichier CAO. Des pièces avant et après un crash test peuvent être comparées à leur modèle numérique. Le milieu médical est également demandeur pour la numérisation des os dans le but de réaliser une prothèse. Le scanner peut être utilisé pour constituer une base de données numériques de pièces qui n'ont pas été conçues à partir de fichier CAO 3D. Une fois fabriqué, un objet peut être comparé à son modèle numérique. Les points ne respectant pas les tolérances attendues seront directement visibles par différents codes couleurs.

Au final, le bras de mesure investit toute la chaîne de fabrication d'un produit, depuis la conception jusqu'à sa phase de production.

LA RÉTROCONCEPTION AU PINCEAU LASER

- Scanner une pièce est un véritable jeu d'enfant. Il suffit de balayer la pièce avec le trait laser pour acquérir toutes ses formes.

- Les cotes des points balayés par le trait laser sont saisies via la caméra intégrée au scanner et sont affichées en temps réel sur l'écran du PC qui pilote le bras de mesure.

- Le modèle surfacique de la pièce mesurée est ensuite obtenu par un logiciel de rétroconception.

LES ATOUTS

- Portabilité du bras de mesure. - Maniabilité et accès aisé à toutes les faces de la pièce. - Numérisation d'un objet de manière intuitive. - Polyvalence du système : mesures dimensionnelles avec un palpeur à bille et numérisation 3D avec le scanner.

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