Introduction

La société allemande GOM développe des technologies de mesure 3D depuis 1990 et a récemment été acquise par ZEISS Group, autre grand fabricant d’équipement optique. GOM est spécialisé dans la mesure industrielle, la tomographie assistée par ordinateur (tomodensitométrie), et autres technologies de scan 3D de pointe.

Mi-mai, en plein confinement mondial, nous avons testé leur système GOM ATOS Q virtuellement via Webex. Bien que la manipulation physique soit souvent préférable, cette configuration virtuelle a permis à plus de personnes de participer ; nous étions deux du côté d’Aniwaa (Ludivine et moi-même) et trois côté GOM.

Toon Peters a ainsi mené la démonstration avec le soutien de deux experts, Jonathan Pickworth et Wim Cuypers, pour approfondir certains points concernant la technologie et les cas d’utilisation.

L’ATOS Q est le tout dernier ajout de GOM à la famille ATOS, une gamme de solutions de métrologie optique industrielles. Ces solutions de mesure sans contact comprennent la série ATOS 5 (5, 5X, 5 for Airfoil) ainsi que les systèmes ATOS Triple Scan, Capsule, Compact Scan, et Core.

Où se situe l’ATOS Q par rapport aux autres solutions de GOM ?

L’ATOS Q s’adresse principalement aux industriels recherchant une solution de métrologie puissante et polyvalente à un prix raisonnable. Il cumule tous les avantages de la gamme ATOS en matière de rapidité, de précision et de facilité d’utilisation, tout en étant plus transportable et abordable.

Ce scanner 3D est, par exemple, deux fois plus compact que l’ATOS 5 (produit phare de GOM) et son prix est deux fois moins élevé.

Ce scanner 3D de métrologie existe en deux versions différentes, ATOS Q 8M et ATOS Q 12M, les chiffres faisant allusion à la quantité de points acquis par scan (voir tableau comparatif ci-dessous).

Les deux modèles sont livrés avec trois objectifs couvrant à jusqu’à cinq différents volumes de scan, et sont conformes à la norme VDI 2634.

	Points par scan	Résolution (distance entre les points)
ATOS Q 8M	8 millions	0,04 – 0,15 mm
ATOS Q 12M	12 millions	0,03 – 0,12 mm

Lors de la démonstration, Toon utilisait la version 12M.

Packaging

Comme on peut le voir dans l’image ci-dessous, le scanner 3D ATOS Q et ses accessoires tiennent tous dans une mallette de transport spécialement dédiée. La mallette secondaire posée sur le bureau est destinée à l’ordinateur et peut servir de stand pour PC, ce qui peut s’avérer pratique sur le terrain (par exemple en usine sur une chaîne de production).

Même si l’ATOS Q est plus facile à transporter et à mettre en place que l’ATOS 5, plus haut de gamme, il reste relativement encombrant. La mallette est grande et lourde, équipée de roulettes pour aider l’utilisateur à la déplacer. Le PC et sa mallette doivent également être pris en compte.

Cela dit, cette transportabilité constitue un grand avantage concurrentiel comparé aux MMT (Machines à Mesurer Tridimensionnelles) et autres outils étant loin d’être aussi faciles à utiliser, ranger et transporter. Un des principaux objectifs de GOM est de proposer des scanners 3D capables de remplacer ce type de matériel volumineux, contraignant et lent.

En plus du scanner 3D lui-même, la mallette principale contient :

• Un trépied
• Une table tournante automatique
• Trois paires d’objectifs/lentilles (pour cinq volumes de scan différents)
• Une petite plaque de calibration protégée par une boîte en bois
• Une grande plaque de calibration pour les scans 3D grand volume
• Les câbles d’échange de données et d’alimentation

Configuration PC

Les logiciels de scan 3D sont toujours très gourmands en ressources (mémoire vive, processeur, …). C’est pourquoi GOM inclut systématiquement un puissant ordinateur Windows 10 64-bit équipé de la dernière version du logiciel GOM Inspect.

Cela dit, puisque la version basique de GOM Inspect peut être téléchargée et utilisée gratuitement, GOM indique tout de même les caractéristiques minimales et recommandées pour s’en servir.

Configuration minimale :

• Processeur : Intel Core i3
• Mémoire vive : 4 GB
• Carte graphique compatible avec OpenGL
• Windows 7 SP 1 64 Bit avec les dernières mises à jour de sécurité

Configuration recommandée :

• Processeur : Intel Core i7 (QuadCore)
• Mémoire vive : 16 GB
• Windows 10 64 Bit avec les dernières mises à jour de sécurité

Nous n’avons rencontré aucun problème pendant les deux heures d’utilisation du logiciel, même avec Webex en parallèle.

Installation et mise en route

Pendant la démonstration, nous avions une vue complète du scanner, de l’ordinateur principal, et du logiciel. Un ordinateur servait pour sa webcam, tandis que l’autre était utilisé pour le logiciel GOM Inspect et le partage d’écran.

Pendant la démonstration, l’ATOS Q était installé en mode « stationary » (fixe) sur son trépied devant la table tournante pour effectuer des scans semi-automatiques.
L’ATOS Q peut aussi être entièrement automatisé lorsque combiné avec un bras robotique ou une solution GOM ScanBox.

Logiciel
GOM Inspect, le logiciel propriétaire livré avec l’ATOS Q, joue un rôle important dans la qualité et la performance délivrée par le scanner. Ce logiciel est complet et couvre l’ensemble du processus de métrologie, de l’acquisition des données à leur traitement, édition, et à la génération de rapports customisés.

Une version basique du logiciel est mise à disposition gratuitement et offre déjà un grand nombre de fonctionnalités. On retrouve notamment la possibilité de générer des rapports, l’édition des maillages, et autres options puissantes.

La version payante, appelée GOM Inspect Professional, propose des options encore plus avancées. L’un de ses principaux avantages par rapport à la version gratuite est sa capacité à réaliser des inspections en série sans que l’utilisateur ait besoin de reconfigurer le logiciel et le scanner à chaque fois.

GOM Inspect dispose d’une interface propre et intuitive, avec de nombreuses fonctionnalités et réglages bien organisés au sein de plusieurs menus. Il faut prendre le temps d’explorer tous les menus afin de pleinement en comprendre les capacités, mais les habitués de logiciels 3D seront rapidement à l’aise. 

Matériel

La première chose que nous avons remarquée en regardant l’ATOS Q, c’est son apparence industrielle. Ce n’est pas un simple scanner 3D mais bien une véritable solution de métrologie.

Il est équipé de deux caméras, protégées de la poussière grâce à des caches dédiés, et d’un projecteur de lumière.

Deux lasers sont également présents pour aider l’utilisateur à correctement orienter le scanner et le placer à la bonne distance de la table tournante. Par défaut, ce système d’assistance visuelle à la visée est désactivé, mais peut être activé pour les modes de scan manuels.

L’ATOS Q est livré avec trois paires d’objectifs permettant d’obtenir jusqu’à 5 différents volumes de scan (zone pouvant être capturée en un scan). Ces volumes vont de 100 mm à 500 mm, et il est possible de regrouper plusieurs scans afin d’obtenir un volume mesuré plus important.

Il est toutefois recommandé de ne pas mesurer d’objet faisant plus de deux fois et demi la taille du volume de scan, afin de garder le même niveau de précision. Pour capturer des objets plus grands, comme une voiture, il faut utiliser un accessoire photogrammétrique.

Technologie

Tout comme le reste de la lignée ATOS, le Q utilise une technologie à base de lumière bleue structurée. Il projette un ensemble de lignes lumineuses (LED) verticales sur l’objet, et leur déformation est capturée par les deux caméras du scanner.

Pendant le test, Toon et ses collègues ont mis l’accent sur le « Triple Scan Principle » de GOM.

Pour détailler ce fonctionnement, cela signifie que le scanner collecte trois ensembles de données pour chaque scan : deux ensembles venant des caméras, et un ensemble venant du projecteur. Ce dernier est programmable et génère lui-même les lignes bleues (contrairement aux scanners utilisant des diapositives de motifs prédéfinis) ; ses données sont donc fiables et peuvent être prises en compte.

Cela offre la possibilité de scanner en 3D plus profondément même dans les zones les plus complexes et intriquées.

Autre différence notable avec les scanners 3D plus bas de gamme : l’ATOS Q est équipé d’un régulateur ou égalisateur de lumière (blue light equalizer), tandis que la plupart des projecteurs ont un comportement de « vignette ».

L’exemple très parlant de la lampe torche donné par Toon illustre bien ce phénomène. Généralement, la lumière émise par une lampe de poche est à sa puissance maximum au milieu, puis devient de plus en plus floue et faible sur les bords. Grâce à son égalisateur, la lumière bleue du GOM ATOS Q garde la même intensité de lumière sur tout le volume de scan.

Une intensité lumineuse uniforme et constante peut faire la différence lors de l’acquisition de surfaces brillantes ou réfléchissantes.

Mise en route

Avant de commencer à numériser, le scanner doit d’abord être équipé de la bonne paire d’objectifs selon la taille de la pièce à scanner.

Une fois le scanner fixé sur son trépied, il faut l’orienter vers la pièce avec l’aide des deux lasers prévus à cet effet.

L’utilisation de la table tournante automatique rend l’acquisition des pièces beaucoup plus efficace. Elle est contrôlée via le logiciel GOM Inspect et permet de capturer l’objet à 360°.
Lors de la démonstration, la table tournante et la pièce étaient toutes deux équipées de marqueurs adhésifs. Le placement de marqueurs, qui servent de cibles et points de référence pour le scanner, n’est pas obligatoire mais offre plus de précision.

En les appliquant à l’environnement de l’objet (e.g. table, bureau, mur), l’utilisateur n’a pas besoin de les coller et décoller de chaque objet scanné en 3D.

Une fois le scanner, le trépied, et la table tournante tous mis en place, le scanner peut être connecté à son câble à fibre optique (10 mètres de long).

Expérience

Logiciel

Acquisition et génération de mesh

Le module Acquisition de GOM Inspect est dédié à la première étape du processus : la capture des données. Pendant cette étape, l’ATOS Q et le logiciel sont en alerte et surveillent la lumière ambiante, les vibrations potentielles (si l’on fait accidentellement bouger la table, par exemple), et autres éléments secondaires. Ces données peuvent être enregistrées dans la metadata des scans.

Inspection

Une fois les scans terminés, le logiciel configure automatiquement le module Inspection. Il est possible de rapidement et facilement comparer les résultats à un fichier CAO de référence.

Le logiciel affiche une vue d’ensemble des écarts avec un dégradé de couleurs, comme une heatmap (carte de chaleur). Les écarts de surface ressortent clairement et il est possible d’analyser des sections spécifiques d’une pièce.

Lorsque la PMI (Product Manufacturing Information) est incluse dans le fichier CAO de base, toutes les inspections sont générées automatiquement sans aucune intervention manuelle. Sans PMI ou fichier de référence, le logiciel offre tout de même des options et fonctionnalités intuitives pour réaliser des inspections manuellement et avec conformité ISO et ASME.

Reporting

Après le processus de scan et d’inspection, le module Reporting permet de facilement générer, visualiser et exporter les résultats. De nombreux formats sont disponibles, dont (3D)PDF, CSV, DMIS, QDas, Pi-webb, ASCII, et IGES.

D’autres formats sont disponibles pour exporter les mesh et rapports d’inspection à des logiciels tiers, bien que la plupart des outils requis pour la métrologie et l’édition des maillages soient déjà disponibles dans GOM Inspect.

Les rapports peuvent être générés individuellement, mais il est aussi possible de regrouper une série de pièces identiques au sein du même rapport et d’obtenir des tendances statistiques pour les analyses de capacité (e.g. Cp, Cpk, Sigma, Range, etc.).

Édition

L’édition des mesh (ou maillages) se fait de manière très efficiente au sein du module Mesh editing. Plusieurs outils sont à disposition, comme le remplissage des trous, le lissage des surfaces, et autres options.

Le logiciel permet également de préparer les fichiers pour la rétro-ingénierie et est doté de quelques outils basiques de reconnaissance de formes et primitives.

Scan 3D

Après nous avoir fait découvrir les différents modules de GOM Inspect, Toon a lancé le processus d’acquisition semi-automatique.

Il est toujours difficile d’évaluer la performance d’une machine si puissante sans la tester physiquement sur une période plus longue. Cependant, grâce à l’expertise de l’équipe GOM, nous avons pu nous faire une bonne idée des capacités de l’ATOS Q.

Sa vitesse d’acquisition est stupéfiante pour un scanner de cette catégorie, et ce même en mode haute résolution. Un mode rapide est disponible afin de produire un premier modèle rapidement et le compléter avec le mode haute résolution.

L’ATOS Q projette des bandes de lumière bleue sur la pièce, la balayant de droite à gauche tout en variant l’épaisseur des bandes. À chaque numérisation, les conditions environnantes comme la température sont enregistrées.

Avec seulement 8 captures dans deux positions différentes (16 captures au total), nous avons obtenu un ensemble de données très riche, prêt à être peaufiné dans GOM Inspect. Le logiciel a produit le maillage en seulement une ou deux minutes, et ce résultat était déjà très propre et détaillé.

Les algorithmes du logiciel sont capables de détecter les zones où le maillage a besoin d’être retravaillé, comme les bords de pièces, les trous, les coins, etc.

La densité des points varie selon les endroits afin de trouver un bon équilibre entre détails et taille de fichier. Un mesh moins dense est plus facile à analyser et traiter, que ce soit pour l’inspection ou pour le partage de données. GOM appelle cette optimisation « Smart Triangulation » (plus d’informations dans la section Résultat du scan).

Enfin, il est possible de préciser dans le logiciel que certaines zones sont indésirables, en les découpant avec des points et/ou plans. Cela peut être répliqué pour chaque scan et chaque objet numérisé. Par exemple, on peut découper la surface de la table tournante. De la même manière, on peut réutiliser les mêmes points de référence d’un scan à l’autre.

Résultats du scan

Pièce plastique moulée par injection

La pièce que Toon a utilisé pour démontrer les capacités du scanner possède les caractéristiques typiques d’un objet facile à numériser. Elle est grise, en plastique non-brillant, et ne présente pas de géométries trop complexes.

Nous avons capturé environ 1.6 million de points pour ce scan, qui bénéficie de la « Smart Triangulation ». Cela signifie que les triangles du mesh ne font pas tous la même taille et sont adaptés à la topographie de la pièce :

• Les zones planes sont représentées par des triangles plus grands, puisqu’il n’y a pas besoin d’un haut niveau de détails sur une surface plate et lisse. Cela permet de générer moins de données, et donc un fichier plus léger et plus facile à manipuler.
• Les zones détaillées sont beaucoup plus denses en triangles pour mieux représenter les géométries.

Rapport qualité/prix

L’ATOS Q a été conçu pour offrir une très belle performance, à la hauteur du reste des produits GOM, et à un prix plus abordable.

L’un des principaux atouts de l’ATOS Q réside dans le fait qu’il puisse être facilement transporté à différents endroits, le long d’une chaîne de production ou bien d’un site à un autre. On ne peut le qualifier de « portable », mais il est sans aucun doute « transportable ».

Ce scanner offre également une grande flexibilité quant au type et à la taille des pièces numérisées grâce à ses multiples objectifs et à son égalisateur de lumière bleue.

Que ce soit au niveau du matériel ou du logiciel, la solution ATOS Q est entièrement optimisée pour les applications en métrologie, offrant une haute précision et la génération de rapports d’inspection très approfondis. Nous avons été impressionnés par sa rapidité et par la richesse des détails capturés.

Le logiciel GOM Inspect constitue un énorme avantage dans la proposition de valeur de l’ATOS Q, y compris dans sa version gratuite. Nous le recommanderions même pour une utilisation avec des scanners 3D tiers destinés à la métrologie.

Autre aspect important, ce scanner 3D peut être automatisé. Une première étape pourrait consister à investir uniquement dans le capteur (déjà semi-automatique) et de le compléter plus tard par une ScanBox automatisée.

Le volume de scan maximal du scanner, qui est relativement réduit, pourrait être l’une de ses seules limites. Il est toutefois possible de contourner ce problème en utilisant plusieurs prises de vue.

Conclusion

Le GOM ATOS Q est un excellent choix pour la mesure de coordonnées tridimensionnelles et l’inspection des pièces. À la fois moins cher et plus flexible que la série ATOS 5, il est également presque aussi performant.

Dans la même fourchette de prix, il fait face au scanner 3D portable Creaform HANDYSCAN Black Elite, qui est également un très bon produit.

Les scanners de la gamme ATOS Core sont une alternative moins coûteuse. Leur résolution est moins élevée et ils n’offrent pas tous des volumes de scan flexibles, mais leur prix les rend intéressants pour certains cas d’utilisation spécifiques.