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Procédé de mesure d'une anomalie de forme sur un panneau d'une
structure d'aéronef et système de mise en oeuvre
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de mesure d'une anomalie de forme
sur un panneau d'un aéronef. Elle concerne également un système portatif
pour mettre en oeuvre ce procédé. Ce système et ce procédé concernent des
anomalies provenant de la fabrication d'un panneau, de l'assemblage de
plusieurs panneaux ou d'un choc sur un panneau lorsque l'aéronef est en
lo service.
L'invention trouve des applications dans le domaine de la mesure des
anomalies de forme, notamment sur des panneaux de structures de grandes
dimensions telles qu'une structure aéronef.
Etat de la technique
En construction aéronautique, il est classique que les aéronefs soient
réalisés à partir d'une multitude de panneaux assemblés les uns avec les
autres. Il y a notamment des panneaux de voilure, des panneaux de
fuselage, des panneaux de dérive, etc. Au moment de l'assemblage de
plusieurs panneaux, il arrive que la géométrie d'un panneau ne corresponde
pas exactement à la géométrie du ou des panneau(x) avec lesquels il doit
être assemblé. Par exemple, l'épaisseur d'un panneau peut ne pas
correspondre exactement à l'espace prévu entre d'autres panneaux pour
qu'il puisse y être inséré facilement. Dans de tels cas, les opérateurs
réalisant le montage ont deux possibilités :
- soit ils retournent le panneau qui ne convient pas à l'atelier de
fabrication pour qu'il y soit réusiné, ce qui peut nécessiter un temps
relativement important et donc un retard dans le délais d'assemblage ;
- soit ils assemblent les panneaux par forçage, ce qui peut entraîner
une déformation d'un des panneaux.
Il résulte alors des anomalies de forme, ou irrégularités de forme,
provenant de l'assemblage des panneaux.
Il peut arriver aussi qu'une face d'un panneau ne soit pas totalement
plane au moment de la fabrication ou qu'elle subisse un choc au moment du
transport entre l'usine de fabrication et l'usine de montage.
Il peut également se produire des anomalies de forme lorsque
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l'aéronef est en service, par exemple à la suite d'un choc avec un volatile.
Quelle que soit son origine, une anomalie de forme peut avoir, en
fonction de son emplacement et de ses dimensions, des conséquences sur
la sécurité de l'aéronef et/ou sur l'esthétique de l'aéronef.
L'existence d'une anomalie de forme est repérée généralement à l'oeil
nu par les opérateurs d'entretien ou par les opérateurs d'assemblage de
l'aéronef. Lorsqu'une anomalie est repérée, elle doit être dimensionnée afin
de déterminer les conséquences qu'elle peut entraîner et de décider de la
correction à lui apporter.
Actuellement, il n'existe aucun moyen automatique pour dimensionner
une telle anomalie, c'est-à-dire pour mesurer la géométrie d'une telle
anomalie. A ce jour, les anomalies sont évaluées manuellement par
l'opérateur. Une des techniques manuelles d'évaluation d'une anomalie de
forme consiste à faire couler de la cire chaude dans la partie déformée du
panneau, à faire sécher cette cire jusqu'à ce qu'elle durcisse puis à la
démouler afin d'obtenir une empreinte de l'anomalie. Les dimensions de
l'anomalie peuvent ensuite être déduites de cette empreinte. Une telle
méthode est relativement imprécise puisque les dimensions sont obtenues à
partir de l'empreinte de l'anomalie et non de l'anomalie elle-même. En outre,
cette méthode est fastidieuse et difficile à mettre en place, en particulier
lorsque l'anomalie est située dans un endroit peu accessible comme, par
exemple, sur le panneau supérieur du fuselage ou sur un panneau vertical
où la cire fondue a tendance à couler le long du panneau avant de sécher.
On connaît par ailleurs des procédés utilisés pour mesurer des
déformations. L'un de ces procédés, basé sur la stéréocorrélation d'images,
est décrit dans l'article 3D déformation measurement using
stereocorrelation applied to experimental mechanics de D. Garcia et J.J.
Orteu, The 10th FIG International Symposium on deformation
Measurements, March 2001, Orange, California, USA. Un tel procédé
propose de peindre un motif spécifique, ou cible, sur une pièce dont on veut
mesurer la déformation. Une fois le motif peint, on fait subir à cette pièce
une
déformation, par exemple en étirant la pièce ou en la faisant vriller. Le
motif
peint se déforme en même temps que la pièce. Un système de mesure de la
déformation permet alors de mesurer la déformation subie par le motif et
donc par la pièce. Ce système comporte deux cameras de type CCD qui
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réalisent chacune une séquence d'images de la déformation. Plus
précisément, chaque caméra CCD réalise une succession d'images du motif
pendant toute la période de déformation de la pièce. La séquence d'images
ainsi obtenue est traitée par un dispositif de traitement d'images qui
reconstruit l'image de la pièce déformée en 3D, en utilisant le principe de
triangulation. Pour cela, le dispositif de traitement d'image identifie tous
les
points d'une image de chaque séquence, puis recherche ces points dans
toutes les images des deux séquences d'images et enfin recherche le
déplacement de ces points pour déterminer la déformation de la pièce.
Cependant, un tel système de mesure des déformations nécessite de
peindre un motif sur la pièce à mesurer, ce qui n'est pas réalisable sur un
panneau d'aéronef, en particulier dans le cas où l'aéronef est déjà en
service, car cela nécessiterait de nettoyer ensuite ce motif pour qu'il ne
soit
pas visible sur l'aéronef. En effet, chaque compagnie aérienne a
généralement un logo et des décorations particulières, spécifiques à la
compagnie, qui doivent être identiques d'un avion à l'autre. La présence d'un
motif, ou cible, sur certains panneaux d'avions empêcherait cette similarité
des logos et décorations des avions d'une même compagnie. Il est donc
difficilement envisageable de peindre un motif sur tous les panneaux d'avion
présentant une anomalie de forme.
Exposé de l'invention
L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des
techniques exposées précédemment. Pour cela, l'invention propose un
procédé de mesure automatique d'une anomalie de forme sur un panneau
d'une structure d'aéronef, ne nécessitant aucune peinture de motif sur ce
panneau. Ce procédé propose de mesurer la forme d'un panneau en
étudiant la position de points d'un motif projeté à la surface du panneau.
Selon ce procédé, on projette un motif cible sur le panneau à vérifier, on
réalise deux images instantanées de ce motif projeté, selon des angles de
prise de vue différents du panneau, puis on traite ces images par
stéréocorrélation d'images.
De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de mesure
d'une anomalie de forme sur un panneau d'une structure d'aéronef,
caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes :
- projection d'un motif cible à l'emplacement de l'anomalie sur le
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panneau,
- réalisation d'au moins deux images de ce motif cible projeté,
- traitement de ces deux images par stéréocorrelation pour obtenir des
mesures de la géométrie de l'anomalie.
Ce procédé peut comporter également une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes :
- les images sont acquises instantanément.
- les images sont transmises par une liaison de transmission ou
enregistrées sur un support d'enregistrement numérique pour être traitées à
lo distance.
L'invention concerne également un système permettant de mettre en
oeuvre ce procédé. Ce système comporte :
- un dispositif de projection apte à projeter un motif à l'emplacement
de l'anomalie, sur le panneau,
- au moins deux dispositifs de prise d'images aptes à réaliser chacun
une image du motif cible, et
- un moyen de traitement des images du motif cible projeté sur le
panneau.
Ce système peut comporter également une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes :
- les dispositifs de prise d'images réalisent une acquisition des images
instantanément.
- le système comporte un moyen de synchronisation du dispositif de
projection et des dispositifs de prise d'images.
- les dispositifs de prise d'images et le dispositif de projection sont
synchronisés à une vitesse inférieure ou égale à 1/60 seconde.
- les dispositifs de prise d'images sont placés de façon à former, avec
le motif projeté, un triangle.
- le système comporte un télémètre.
- les dispositifs de prise d'images et le dispositif de projection sont
montés sur un même support de préhension.
- le télémètre est monté sur le support de préhension.
- le système est portatif et autonome.
- le moyen de traitement d'images est monté sur le support de
préhension et connecté aux dispositifs de prise d'images.
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- le moyen de traitement d'images est placé à distance et est apte à
recevoir, par une liaison de transmission ou par un support d'enregistrement
numérique, les images du motif cible projeté.
- les dispositifs de prise d'images sont des appareils de photographie
5 numériques.
- les dispositifs de prise d'images sont des caméras matricielles.
Brève description des dessins
La figure 1 représente un exemple de système de mesure d'une
anomalie de forme sur un panneau d'avion, selon l'invention.
Les figures 2A et 2B représentent un exemple de radôme d'aéronef
présentant une anomalie de forme et l'image de cette anomalie obtenue avec
le procédé de l'invention.
La figure 3 représente un exemple de résultat de mesure d'anomalie
obtenu avec le procédé de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
L'invention propose un procédé pour mesurer une anomalie de forme
sur un panneau d'aéronef, dans lequel un motif cible est projeté sur le
panneau à traiter, c'est-à-dire sur le panneau de l'avion présentant
l'anomalie
que l'on cherche à mesurer. Des images de ce motif cible sont réalisées
2o avec des angles de prise de vue différents. Ces images sont ensuite
traitées
selon une technique de stéréocorrelation. Comme expliqué plus en détail par
la suite, la technique de stéréocorrelation permet, par des mesures de
triangulation, de reconstruire une image en trois dimensions d'un objet
déformé, à partir d'images en deux dimensions.
L'invention propose également un système de mesure d'une anomalie
de forme permettant de mettre en oeuvre ce procédé. Ce système comporte
deux dispositifs de prise d'images permettant une prise d'images d'un même
objet selon deux angles de prise de vue différents. Selon l'invention, l'objet
considéré est un panneau d'aéronef comportant une anomalie de forme à
mesurer. Les dispositifs de prise d'images sont donc installés de façon à
former un triangle avec le motif cible projeté sur l'anomalie à mesurer.
Le système de mesure de l'invention comporte, en outre, un dispositif
de projection d'un motif cible sur le panneau à traiter. Le motif cible est un
mouchetis constitué d'un ensemble de taches noires et blanches, de
différentes tailles, placées de façon aléatoire les unes à coté des autres.
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Selon l'invention, ce motif cible est projeté sur le panneau à traiter, à
l'endroit
de l'anomalie. Autrement dit, il est projeté dans la zone du panneau
comportant l'anomalie de forme.
Les dispositifs de prise d'images réalisent chacun une image de ce
motif cible projeté sur l'anomalie du panneau. Dans un mode de réalisation
de l'invention, le motif cible est projeté pendant un intervalle de temps
prédéfini non ponctuel, c'est-à-dire un intervalle continu de plusieurs
secondes, voire plusieurs minutes. On réalise les images du motif cible
projeté sur l'anomalie au cours de cet intervalle de temps. Dans un mode de
io réalisation préféré de l'invention, le dispositif de projection du motif
cible est
synchronisé avec les dispositifs de prise d'images, ce qui permet de réaliser
les images à l'instant même où le motif cible est projeté sur le panneau à
traiter. Cette synchronisation est réalisée à une vitesse telle que les images
enregistrées soient nettes, c'est-à-dire non floues, sans que le système soit
posé sur un support quelconque de type trépied. Cette synchronisation peut
être réalisée, par exemple, avec un temps de synchronisation inférieur ou
égal à 1/60 seconde.
Pour mettre en oeuvre ce mode de réalisation préféré, les dispositifs
de prise d'images sont, de préférence, montés sur un même support de
préhension. Un exemple d'un tel système est représenté sur la figure 1. Dans
cet exemple, le support de préhension 1 est un cadre, par exemple en
aluminium, sur lequel sont fixés le dispositif de projection 3 et, de part et
d'autre dudit dispositif de projection 3, les dispositifs de prise d'images 2a
et
2b. Le dispositif de projection 3 est placé dans le plan P du cadre, au centre
du cadre, de façon à ce que le motif cible soit projeté sur l'anomalie de
forme
6 du panneau 5 selon une direction de projection X, perpendiculaire au plan
du cadre P. Les dispositifs de prise d'images 2a et 2b ne sont pas dans le
plan P du cadre de façon à ce que leur direction de prise de vue ne soit pas
parallèle à la direction de projection X. Plus précisément, les directions de
prise de vue des dispositifs de prise d'images 2a et 2b forment, avec le plan
P du cadre, un triangle dont le sommet est formé par l'anomalie 6 à mesurer.
L'emplacement des dispositifs de prise d'images dans le cadre 1, et
notamment l'angle d'inclinaison des dispositifs de prise d'images par rapport
au plan P du cadre, peut varier en fonction de l'étendue de l'anomalie et de
la distance à laquelle se trouve le support de préhension par rapport au
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panneau présentant l'anomalie. Dans l'exemple de la figure 1, le système
permet une mesure d'une anomalie à une distance de l'ordre de 1 m à 1,5 m,
dans un volume de l'ordre de 600 x 400 x 200 mm3.
Les dispositifs de prise d'images 2a et 2b peuvent être des appareils
de photographie numériques ou bien des caméras matricielles aptes à
réaliser des images instantanées du motif cible projeté sur le panneau à
traiter. On entend, par images instantanées, deux images réalisées chacune
par un dispositif de prise d'images différent, à un même instant donné, par
exemple à l'instant de projection du motif cible. Ces dispositifs de prise
io d'images peuvent permettre la réalisation d'images, par exemple, de 1000 x
1000 pixels. L'acquisition des images nécessaires à la mesure, appelée
acquisition de la mesure, est réalisée instantanément.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le système
comporte un télémètre 4 ou tout autre dispositif permettant facilement
d'évaluer la distance entre le système et le panneau à mesurer. Ce télémètre
4 peut être connecté aux dispositifs de prise d'images 2a et 2b et au
dispositif de projection 3, et synchronisés avec ces dispositifs, offrant
ainsi
une automatisation de la mise au point de ces dispositifs pour obtenir des
images nettes du motif cible projeté. Ce télémètre 4 peut être monté
également sur le cadre 1 du support de préhension, dans le plan P du cadre,
par exemple au centre dudit cadre 1.
Le système de mesure de l'invention comporte en outre un moyen de
traitement par stéréocorrelation de ces images. Ce moyen de traitement, non
représenté sur la figure 1, peut être installé à distance du support de
préhension 1. Dans ce cas, les images peuvent être enregistrées sur un
support d'enregistrement d'images pour être traitées ultérieurement, à
distance. Ce support d'enregistrement peut être, par exemple, une carte
mémoire comme celles utilisées par les appareils de photographie
numériques actuels, ou bien une clé USB. Les images peuvent aussi être
transmises au moyen de traitement d'images, par une liaison sans fil
Bluetooth ou une liaison Wi-fi. Ainsi, un opérateur peut se déplacer sur
l'aéroport avec le support de préhension équipé des dispositifs de projection
et de prise d'images pour effectuer les prises de vues d'un ou de plusieurs
anomalies sur des avions en service puis effectuer le traitement de ces
images, ultérieurement, dans des bureaux éloignés de l'aéroport.
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Dans une autre variante, le moyen de traitement est suffisamment
miniaturisé pour être installé sur le support de préhension. L'ensemble prise
de vues et traitement peut alors être réalisé sur place, à proximité de
l'avion
concerné, en un temps minimum, de l'ordre de quelques minutes. Cette
variante a l'avantage de permettre à l'opérateur de recommencer l'opération
en cas de problème de prise de vue, par exemple, si la prise de vue n'était
pas suffisamment nette ou si les points de repère ne sont pas suffisamment
représentatifs, etc.
Quel que soit son emplacement, le moyen de traitement d'images
io assure le traitement par stéréocorrelation des deux images uniques du motif
cible, prises au même instant, selon deux angles de prise de vue différents.
Ce traitement consiste à étudier la répartition des différents points du motif
cible dans l'espace. Les points du motif cible étant à la surface du panneau à
mesurer, la géométrie de ce panneau, dans les trois dimensions de l'espace,
est ainsi mesurée. Les anomalies de forme de ce panneau peuvent donc en
être déduites. Cette image de la géométrie du panneau peut être obtenue
sous la forme d'une représentation 3D classique suivant les axes x, y et z.
Elle peut aussi être obtenue sous la forme d'une représentation 2D suivant
les axes x et y avec la dimension z représentée par des couleurs. Dans ce
cas, la dimension z qui correspond à la profondeur de l'anomalie est
représentée par différentes couleurs associées, dans un nuancier, à une
échelle des profondeurs. Le choix des couleurs du nuancier peut être défini
par l'opérateur, à partir du moyen de traitement d'images.
Sur les figures 2A, on a représenté un exemple d'anomalie de forme
sur un radôme d'avion 7. La figure 2B représente un exemple d'image de
cette anomalie de forme obtenue avec le procédé de l'invention. Plus
précisément, la figure 2A représente schématiquement un radôme 7 sur un
nez d'avion, ce radôme présentant un renfort dl, de forme longiligne, montré
dans un rectangle. Ce renfort dl constitue une anomalie de forme. La figure
3o 2B représente l'image obtenue, avec le procédé de l'invention, de ce radôme
avec ce renfort dl. Cette image montre la forme générale du radôme avec
ces différents niveaux de profondeurs représentés chacun par une couleur
différente. La zone circulaire centrale cl correspond à la pointe 8 du radôme
7, avec le niveau de profondeur le plus faible. Les zones circulaires c2, c3,
etc., correspondent aux différents intervalles de profondeurs du radôme. On
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remarque, sur cette figure 2B, une discontinuité d dans les zones circulaires
de cette image. Cette discontinuité d2 forme une sorte de bourrelet
longiligne traversant, de façon excentrée, les zones circulaires de l'image.
Cette discontinuité d2 correspond au renfort dl sur le radôme 7 de la figure
2A.
La figure 3 représente un exemple schématique d'image 3D pouvant
être obtenue avec le procédé de l'invention. Cette image comporte un
quadrillage en deux dimensions avec des mesures indiquées en mm sur les
axes x et y. Elle comporte également la représentation de l'anomalie, à
io savoir une tache T à plusieurs niveaux de couleurs correspondants aux
différents niveaux de profondeurs de l'anomalie. Elle comporte aussi un
nuancier de couleurs N donnant une correspondance entre les différentes
couleurs et les niveaux de profondeurs. Dans cet exemple d'image, les deux
niveaux de couleurs c10 et c11 extérieurs de la tache représentent une
profondeur de l'anomalie entre 0 et 0,5 mm, le niveau de couleur c12 une
profondeur entre 0,5 et 1 mm, le niveau de couleur c13 une profondeur entre
1,5 et 2 mm, le niveau de couleur c14 une profondeur entre 2,5 et 3 mm et le
niveau de couleur c15 une profondeur entre 3,5 et 4 mm. Cette tache T
montre ainsi la forme de l'anomalie ainsi que la profondeur de l'anomalie. On
peut en déduire les dimensions de l'anomalie, aussi bien en longueur qu'en
largeur et qu'en profondeur. La tolérance de profondeur obtenue avec ce
procédé est de l'ordre de 50 micromètres pour une surface de quelque
décimètres carrés.
Dans l'exemple d'image de la figure 3, des points de repères R
permettent de connaitre l'emplacement exact de l'anomalie sur le panneau.
Dans cet exemple, les repères R correspondent à l'emplacement de rivets
sur le panneau.
Pour obtenir ces points de repère, on réalise les images instantanées
du motif cible avec une vue suffisamment large de la zone du panneau
contenant l'anomalie de sorte que ces images montrent l'environnement de
l'anomalie.
Comme expliqué précédemment, le dispositif de projection du motif
cible et les dispositifs de prise d'images dudit motif cible sur le panneau à
traiter peuvent être montés sur le cadre du support de préhension. Ce cadre
est fabriqué, de préférence, dans un matériau léger, ce qui permet d'avoir un
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système automatique portatif, facilement transportable par l'opérateur sur le
terrain. Ce système peut présenter un poids suffisamment léger, par exemple
inférieur à 4 Kg, ne nécessitant l'emploi d'aucun dispositif de soutien de
type
trépied. La synchronisation du dispositif de projection avec les dispositifs
de
5 prise d'images permet également de rendre le système facile à manier.
L'opérateur peut réaliser directement les prises d'images, en tenant le
système à la main, ce qui permet de traiter facilement les endroits peu
faciles
d'accès, comme la partie supérieure du fuselage ou sur les panneaux
verticaux de l'aéronef.
