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Inspection d'assemblages aéronautiques par vision 2D/3D en exploitant la maquette numérique et la pose estimée en temps réel

Résumé : Cette thèse d'inscrit dans le contexte du développement d'outils numériques innovants au service de ce qui est communément désigné par Usine du Futur. Nos travaux de recherche ont été menés dans le cadre du laboratoire de recherche commun "Inspection 4.0" entre IMT Mines Albi/ICA et la Sté DIOTA spécialisée dans le développement d'outils numériques pour l'Industrie 4.0.
Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au développement de systèmes exploitant des images 2D ou des nuages de points 3D pour l'inspection automatique d'assemblages mécaniques aéronautiques complexes (typiquement un moteur d'avion). Nous disposons du modèle CAO de l'assemblage (aussi désigné par maquette numérique) et il s'agit de vérifier que l'assemblage a été correctement assemblé, i.e que tous les éléments constituant l'assemblage sont présents, dans la bonne position et à la bonne place. La maquette numérique sert de référence.
Nous avons développé deux scénarios d'inspection qui exploitent les moyens d'inspection développés par DIOTA : (1) un scénario basé sur une tablette équipée d'une caméra, portée par un opérateur pour un contrôle interactif temps-réel, (2) un scénario basé sur un robot équipé de capteurs (deux caméras et un scanner 3D) pour un contrôle totalement automatique. Dans les deux scénarios, une caméra dite de localisation fournit en temps-réel la pose entre le modèle CAO et les capteurs mis en œuvre (ce qui permet de relier directement la maquette numérique 3D avec les images 2D ou les nuages de points 3D analysés).
Nous avons d'abord développé des méthodes d'inspection 2D, basées uniquement sur l'analyse d'images 2D puis, pour certains types d'inspection qui ne pouvaient pas être réalisés à partir d'images 2D (typiquement nécessitant la mesure de distances 3D), nous avons développé des méthodes d'inspection 3D basées sur l'analyse de nuages de points 3D. Pour l'inspection 3D de câbles électriques présents au sein de l'assemblage, nous avons proposé une méthode originale de segmentation 3D des câbles. Nous avons aussi traité la problématique de choix automatique de point de vue qui permet de positionner le capteur d'inspection dans une position d'observation optimale.

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Mots-clés : Assemblages Aéronautiques Complexe, Inspection Robotisée, Maquette Numérique, Analyse d'Images 2D, Analyse de Nuages de Points 3D, Segmentation 3D, Sélection Automatique de Point de Vue.

Directeur de thèse : Jean-José ORTEU