Introduction

GOM est un fournisseur de solutions de métrologie industrielle de renom basé en Allemagne depuis 1990. La société a été rachetée par ZEISS en 2019 et continue de fournir des solutions de numérisation 3D de haute qualité pour les applications professionnelles et industrielles. L’industrie automobile est l’un de leurs clients les plus exigeants. Ils proposent une gamme complète de solutions pour couvrir leurs besoins, de la numérisation 3D de petites pièces à l’inspection automatique intégrée aux lignes d’assemblage.

Au début de la pandémie de Covid en 2020, nous avons rencontré l’équipe de GOM en ligne pour procéder à un test à distance du ATOS Q. L’expérience s’était très bien déroulée malgré sa nature virtuelle, et nous avions pu constater de visu la qualité de GOM, tant sur le plan matériel que logiciel. Nous avons également été étonnés de découvrir à quel point l’ATOS Q était petit par rapport à l’ATOS 5, le scanner 3D haut de gamme de GOM.

Cette fois-ci, nous avons eu l’occasion de rendre visite à l’équipe GOM à leur siège Belge à Louvain et d’essayer leur dernière solution, le GOM Scan 1. Leur promesse ? La qualité et les performances de GOM à un prix abordable.

Bien sûr, le GOM Scan 1 n’est pas aussi performant que la gamme ATOS, plus industrielle et plus chère, avec le ATOS 5 à sa tête. Il est également moins flexible dans les cas d’utilisation en raison de son champ de vision fixe, de sorte que le type d’objets à scanner en 3D doit être connu à l’avance.

Toutefois, comme nous le verrons ici, il reste à la hauteur des scanners 3D de métrologie portables haut de gamme et se débrouille même très bien avec les surfaces brillantes et réfléchissantes. Il capture 6 000 000 de points par scan, et bénéficie du même et puissant logiciel GOM Inspect que ses homologues plus haut de gamme. Le GOM Scan 1 est une machine petite et légère, dotée de capacités très sérieuses.

Avant d’entrer dans le vif du sujet, voici un rapide résumé des avantages et des inconvénients du GOM Scan 1 :

Le GOM Scan 1 en bref

Il y a quelques années seulement, la solution d’entrée de gamme de GOM coûtait 60 000 €. Depuis, GOM s’est efforcé d’intégrer sa qualité et ses performances dans des offres plus abordables, ramenant ce prix à 20 000 € avec le GOM Scan 1.

Le GOM Scan 1 fonctionne avec la technologie Blue Light de GOM, plus connue sous le nom de lumière structurée. Il projette une « frange » – c’est-à-dire un motif rayé – de lumière LED bleue sur la surface d’un objet, puis capture la déformation du motif à l’aide de deux caméras stéréo pour calculer la forme et la taille de l’objet.

La résolution atteignable varie d’un impressionnant 0,037 mm à 0,129 mm (distance point à point) selon la configuration choisie. En effet, le Scan 1 de GOM est disponible avec différents champs de vision, ou volumes de scan, pour numériser des objets de différentes tailles :

	GOM Scan 1 (100)	GOM Scan 1 (200)	GOM Scan 1 (400)
Résolution	0.037 mm	0.060 mm	0.129 mm
Champ de vision	100 x 65 mm2	200 x 125 mm	400 x 250 mm
Distance de travail	400 mm	450 mm	500 mm

Comme nous l’avons déjà mentionné, c’est également l’un des facteurs derrière le prix réduit du scanner. Il n’est pas possible de passer d’un champ de vision à l’autre en changeant simplement ses lentilles comme c’est le cas pour l’ATOS Q, par exemple. Notez que nous avons utilisé le GOM Scan 1 (400) lors de notre visite.

Si vous faites de la métrologie dans un service de contrôle qualité, vous connaissez probablement déjà les dimensions types des pièces qui atterrissent sur votre bureau. Vous pouvez donc avoir une bonne idée du volume de numérisation dont vous avez besoin et déterminer que, par exemple, le GOM Scan 1 (200) fera l’affaire pour la plupart de vos pièces.

Si vous avez besoin des trois volumes de numérisation, pour numériser des pièces de tailles différentes pour plusieurs clients, vous devrez acheter les trois configurations du GOM Scan 1 ou une solution plus flexible telle que le GOM ATOS Q.

GOM propose une valise de transport pratique qui peut contenir les trois scanners et leurs plaques de calibration respectives, ainsi que d’autres accessoires comme le trépied, le plateau tournant et les câbles. Il y a même une petite découpe dans la mousse de protection conçue pour les bandes de marqueurs adhésifs (cibles de positionnement).

Une valise de transport plus petite, incluse par défaut, est disponible pour accueillir un seul GOM Scan 1, sans trépied. En effet, la plupart des professionnels sont déjà équipés d’un trépied. Les deux valises sont très robustes et bien organisées, et peuvent entrer dans la plupart des coffres de voiture standard pour un transport facile.

Ce scanner 3D peut également être installé de différentes manières :

• Monté sur un trépied avec ou sans plateau tournant automatique
• Monté sur une station de numérisation automatique de bureau
• Monté sur un bras/support mobile avec ou sans table tournante automatique

Seule la configuration entièrement automatique à bras robotisé n’est pas disponible pour le GOM Scan 1 pour des raisons de connectivité. De telles installations sont préférées pour les applications de métrologie haut de gamme nécessitant de toute façon une précision (et des scanners) encore plus industrielle. Les GOM ATOS 5 et GOM ATOS Q, par exemple, peuvent être montés sur un bras robotisé.

Présentation des logiciels GOM Suite et GOM Inspect Pro

La GOM Suite est une nouvelle plateforme tout-en-un qui regroupe tous les services en ligne de GOM (cours, e-books, forum, mises à jour automatiques, …) et ses solutions logicielles. Cela comprend GOM Inspect Pro, que nous avons utilisé lors de nos tests, ainsi que des logiciels spécifiques à certaines applications comme GOM Blade Inspect Pro, GOM Volume Inspect Pro, ou GOM Correlate Pro. GOM Suite sert également de passerelle vers les logiciels ZEISS, comme ZEISS Reverse Engineering, par exemple.

GOM Inspect Pro est le logiciel utilisé pour faire fonctionner le scanner 3D à partir d’un PC, mais pas que. C’est l’une des solutions logicielles d’inspection de pièces les plus puissantes et complètes du secteur de la numérisation 3D.

L’équipe de GOM nous a confié que, l’année dernière, son département de développement logiciel avait concentré la plupart de ses efforts sur l’amélioration de l’expérience utilisateur et de l’interface du logiciel. Leur objectif est de rendre le flux de travail aussi facile que possible pour tout utilisateur, du débutant à l’expert.

C’est ce que nous avons remarqué en utilisant GOM Inspect Pro et son nouvel assistant de travail, qui offre des conseils informatifs, étape par étape, pendant le processus de numérisation 3D.

GOM a également développé de nouvelles fonctionnalités, à savoir :

• la numérisation multi-pièces, où le logiciel détecte automatiquement plusieurs objets et génère des maillages séparés ;
• le « dewarping« , qui offre la simulation d’une situation d’assemblage ;
• et la possibilité de reconstruire des objets en 3D à partir de la numérisation des différents composants d’un même objet.

Par ailleurs, les rapports d’inspection automatiques de GOM Inspect Pro peuvent désormais être visualisés en 3D dans le logiciel.

Notre expérience avec le GOM Scan 1

Matériel et configuration

Le capteur GOM Scan 1 est compact et assez léger. Il fait très « allemand », avec un boîtier robuste, des finitions précises et un design efficace et sobre.

Nous l’avons essayé dans sa configuration tripode avec le trépied fourni, qui est lui aussi stable et robuste. Il était déjà installé à notre arrivée, mais nous avons repositionné le scanner plusieurs fois pour capturer différents objets sous différents angles. Le processus consiste simplement à desserrer et serrer un boulon d’une main, tout en tenant fermement le capteur de l’autre.

La table tournante est également bien solide et, une fois branchée, elle fonctionne automatiquement avec le logiciel GOM Inspect. Des marqueurs sont positionnés sur sa surface pour aider le scanner 3D à aligner les numérisations, et ils doivent être remplacés de temps en temps lorsqu’ils s’usent.

Remarque : L’équipe GOM recommande le combo trépied/table tournante lors des déplacements. Pour les numérisations quotidiennes au bureau, ils préfèrent utiliser le support mobile, car il est facile à faire rouler autour d’une table ou d’une pièce.

Calibration

Pour s’assurer qu’il fournit la meilleure précision, il est nécessaire de calibrer le scanner 3D. Chaque scanner (GOM Scan 1 100, 200 et 400) possède sa propre plaque d’étalonnage, adaptée au champ de vision en question. Bien entendu, plus le champ de vision est grand, plus la plaque de calibration est grande.

Il faut d’abord placer la plaque adéquate sur un support pliable (inclus). Ensuite, le logiciel vous guide à travers plusieurs étapes faciles, à savoir le positionnement de la plaque à différentes distances du scanner et son inclinaison sur les axes de tangage et de lacet (l’inclinaison fastidieuse sur l’axe de roulis n’est pas nécessaire).

L’ensemble du processus d’étalonnage prend 5 minutes, voire moins au fur et à mesure que l’on apprend à le maîtriser.

Mise en route

Lorsque le capteur est allumé (avec ou sans calibration préalable), le logiciel le détecte automatiquement et mesure la distance entre la pièce et le capteur. Le scanner projette un cadre lumineux indiquer la zone de numérisation couverte, ainsi qu’un motif pointillé qui doit être focalisé sur la pièce pour offrir les meilleurs résultats de numérisation 3D.

La distance appropriée est affichée sur le côté droit de l’interface du logiciel, avec un code couleur (comme d’habitude : vert, orange et rouge) indiquant si vous devez rapprocher ou éloigner le scanner 3D de l’objet. Sa sensibilité est facile à appréhender, ainsi que le repositionnement du scanner ou la pièce à la distance parfaite.

Une fois la bonne distance réglée, le logiciel propose de choisir un mode de numérisation 3D : Avancé ou Guidé. Le mode guidé de GOM Inspect Professional guide les utilisateurs tout au long du flux de travail, en suggérant des paramètres et des actions prédéfinis. Selon l’équipe GOM, ce mode fonctionne parfaitement dans plus de 80% des cas et permet de gagner du temps, même pour des applications très particulières.

L’utilisation du mode guidé n’empêche pas pour autant les utilisateurs d’accéder aux fonctionnalités du logiciel expert de GOM. Ce mode, c’est comme avoir la clé d’une puissante voiture de F1 sans avoir à la piloter, tout en ayant la liberté de modifier les paramètres d’injection de la voiture en un clin d’œil si nécessaire.

Numérisation 3D

Une fois en mode guidé et avant de commencer la numérisation 3D, il faut d’abord choisir entre la numérisation simple (d’une seule pièce) ou multiple (de plusieurs pièces).

Ensuite, le logiciel affiche un choix de plusieurs modèles de numérisation, chacun adapté à différents types de surfaces (tôle, sable, …). Nous avons choisi le modèle « Numérisation robuste » pour obtenir les meilleurs résultats possibles. Ce mode prend toutefois plus de temps que les modes conçus à des matériaux ou des surfaces spécifiques.

Le scanner 3D commence par éclairer l’objet avec différentes intensités lumineuses et différents motifs, agissant comme un configurateur pour les scans suivants. Il permet au système d’identifier les meilleurs réglages de temps d’obturation, d’intensité lumineuse et de distance entre lui et l’objet. À ce stade, le logiciel propose également la détection et la suppression automatiques de l’arrière-plan.

Ensuite, on affine encore les possibilités et les paramètres en sélectionnant la configuration utilisée : table tournante, marqueurs, etc. Le GOM Scan 1 peut travailler avec des références photogrammétriques, des marqueurs, ou sans référence du tout. Dans ce dernier cas, c’est l’objet lui-même qui servira de référence.

Note (1) : Avec une machine de métrologie industrielle valant des dizaines de milliers de dollars pour obtenir des résultats précis, on utilise volontiers des marqueurs. C’est une petite tâche qui prend quelques minutes et qui, en grande contrepartie, accélère et facilite réellement le processus de numérisation 3D.

Note (2) : GOM utilise et recommande uniquement ses marqueurs propriétaires et certifiés pour une précision certifiée. Il est possible d’utiliser des marqueurs tiers, mais GOM ne peut alors garantir que ses scanners atteindront les spécifications de précision annoncées.

Le plus simple est de travailler avec la table tournate, un accessoire relativement bon marché par rapport au coût total de possession du scanner 3D. Une fois habillée de marqueurs, elle peut accélérer considérablement tout processus de numérisation 3D.

Nous avons utilisé le plateau tournant pour la plupart des numérisations effectuées lors de cet examen du GOM Scan 1. Le logiciel permet de choisir le nombre de rotations désirées, la valeur totale de la rotation et d’autres paramètres.

Bien que toutes les étapes ci-dessus puissent sembler nombreuses, chacune d’entre elles est rapide et facile à réaliser. Le GOM Scan 1 est en fait assez « plug-n-play », ce qui est rare dans le monde de la numérisation 3D industrielle.

Après chaque série de numérisation – c’est-à-dire plusieurs scans 3D où l’objet reste intouché sur la table rotative – le logiciel propose les options suivantes :

• d’effectuer de nouvelles numérisations (qui seront ajoutées à la série),
• ou de retourner la pièce pour scanner un autre côté de l’objet, ce qui déclenche une nouvelle série.

En tant que francophones, nous avons trouvé que certaines terminologies étaient un peu confuses (« further » vs « other » ou « additional » side ; « transform » vs « match » ou « align »). Nous avons suggéré à l’équipe GOM quelques changements qui seront peut-être mis en place. En outre, l’icône de numérisation 3D (4 barres verticales, représentant probablement un motif de lumière structurée) n’est pas très explicite. Mais il est toujours difficile de redessiner un tel élément UX/UI d’un logiciel.

Caractéristiques du logiciel

Tout au long de la session de numérisation et des différentes pièces que nous avons capturées, nous avons découvert plusieurs fonctionnalités intéressantes présentes dans GOM Inspect Professional.

Numérisation de plusieurs pièces

Il s’agit d’une toute nouvelle fonctionnalité et le moins que l’on puisse dire, c’est qu’elle est impressionnante. Comme son nom l’indique, cette fonction vous permet de numériser plusieurs pièces en une seule fois. Cela a toujours été possible, mais très chronophage avec des découpes manuelles ou la préparation de scripts personnalisés.

Ce qui est important ici, c’est que le logiciel détecte automatiquement les pièces distinctes et produit des fichiers individuels (maillages) pour chacune d’elles. Il projette un ensemble de frontières virtuelles, divisant la surface (du plateau tournant, par exemple) avec une grille ou un découpage en camembert. On peut même comparer les pièces entre elles une fois la numérisation terminée – pratique pour le contrôle qualité, par exemple.

Assemblage et analyse de pièces

En numérisant les parties distinctes d’un même objet, par exemple les parties supérieure et inférieure d’un boîtier (comme sur le contrôleur de drone ci-dessous), le logiciel est capable d’assembler les pièces 3D et de reconstruire l’objet. Bien entendu, vous devez indiquer manuellement quelle partie va où.

En suivant le même exemple de boîtier, lorsque vous avez vos deux pièces en 3D, le logiciel peut afficher une carte de couleurs pour mettre en évidence les distances entre les moitiés supérieure et inférieure. L’objectif est d’aider les utilisateurs à comprendre comment différents assemblages peuvent s’emboîter.

Dewarping

Cet outil puissant permet aux utilisateurs de simuler le comportement des pièces une fois assemblées, sur la base du maillage de chaque composant individuel.

En effet, les pièces assemblées ne se comportent pas toujours de la même manière que lorsqu’elles sont prises à part, sans pression ni contrainte d’autres pièces ou charges. Dans notre exemple, le boîtier de la manette est composé de deux pièces bridées. Grâce à cette fonctionnalité, il est possible de simuler comment elles se comporteront une fois les vis d’assemblage vissées, et quel sera le degré de déformation restant.

De nombreux paramètres réglables – tels que le matériau de la pièce ou la force appliquée par les vis – permettent de mesurer précisément l’écart qui subsistera, une fois assemblé, entre le couvercle supérieur et le couvercle inférieur.

Assistant de flux de travail

L’assistant de flux de travail est une excellente manière pour GOM de rendre son logiciel encore plus intuitif et facile à utiliser. Il affiche les définitions des étapes complexes pour que les utilisateurs comprennent ce qu’ils font à tel moment et pourquoi, ainsi que des rappels et des conseils.

Par exemple, si vous déplacez votre souris alors qu’une numérisation est en cours, un avertissement s’affiche. Ou encore, si vous avez numérisé un bojet sans l’ajouter à votre rapport, un message apparaît pour vous en avertir. C’est un peu comme lorsque vous envoyez un e-mail avec la mention « fichier joint » ; si votre e-mail ne contient pas de pièce jointe, Gmail vous avertit : « Il n’y a pas de pièce jointe. Êtes-vous sûr de vouloir l’envoyer ? ».

Découpage automatique des plans

Cette fonctionnalité n’est pas nouvelle, mais elle mérite d’être mentionnée. Le logiciel GOM prédétecte et sépare la pièce de son contexte (surface de la table, murs environnants, …). En deux clics, il est possible de numériser en 3D uniquement l’objet lui-même, ce qui évite de perdre du temps et des efforts à nettoyer les informations indésirables. Bien entendu, des opérations manuelles sont toujours possibles pour définir une découpe en plan, en surface ou en volume.

Résultats des scans 3D

Le contrôleur de drone, conçu en interne par GOM (clin d’œil à Wim Cuypers !), est la pièce type utilisée pour la démontrer le GOM Scan 1 quelle que soit sa configuration. Il est fait en plastique moulé par injection et comporte cinq pièces de tailles différentes qui correspondent chacune à un champ de vision :

• (100) Très petites pièces : deux boutons, d’environ 2 cm de diamètre et 2 cm de hauteur
• (200) Petite pièce : un support d’écran, d’environ 10 cm x 7 cm
• (400) Pièces moyennes : les deux moitiés du boîtier, environ 30 cm x 15 cm

L’équipe de GOM a utilisé cette dernière pièce pour nous montrer comment utiliser le GOM Scan 1 et le GOM Inspect Professional.

Pour pousser le GOM Scan 1 hors de ses retranchements, nous avons utilisé le scanner et le logiciel par nous-mêmes surr une partie de tuyau d’échappement d’environ 25 cm de long. Nous nous sommes contentés d’un processus sans table tournante pour complexifier encore un peu la tâche.

Nous avons également pulvérisé notre spray spécial de numérisation 3D AESUB (qui laisse une finition poudreuse et blanche mate) sur la moitié de la pièce pour comparer les résultats avec et sans spray.

Après une courte session de 15 minutes, nous avons obtenu un modèle très détaillé, avec seulement quelques trous dans la zone brillante non pulvérisée de la pièce. Nous aurions pu obtenir les données manquantes avec quelques étapes de numérisation supplémentaires (ou de spray), mais nous l’avons laissé tel quel pour tester les fonctions de nettoyage de maillage de GOM Inspect.

Au cours du processus de préparation du fichier, nous avons effectué trois opérations majeures :

• Le remplissage automatique des trous: Vous définissez simplement la taille maximale des trous que vous souhaitez remplir, la manière dont ils doivent être remplis, et le logiciel s’occupe du reste en quelques secondes.

• Lissage des artefacts: Parfois, les surfaces réfléchissantes peuvent créer des « bosses » indésirables à la surface du maillage. Pour ces situations, le logiciel dispose d’un outil de lissage. Vous pouvez définir la zone d’action de l’outil et corriger le maillage en un seul clic. Cette approche nous fait fortement penser à l’outil « patch » d’Adobe Photoshop.

• Lissage du maillage: Une interface très utile colore directement le maillage pour vous montrer où il va être modifié, tout en restant dans un seuil de tolérance spécifié. Il s’agit d’une fonction très pratique qui vous permet de voir le résultat d’une opération (pas seulement pour l’outil de lissage) avant de l’appliquer au maillage, comme un aperçu.

Nous avons été impressionnés par le niveau de détail capturé par le GOM Scan 1, et ce sur une pièce simultanément mate (zone pulvérisée) et hautement réfléchissante (zone sans pulvérisation).

Notre verdict

GOM a annoncé des résultats de haute qualité et un flux de travail facile à un prix abordable. Nous n’avons pas été déçus.

En ce qui concerne le matériel, le scanner (dont le prix est d’environ 20K€) est robuste et qualitatif. Le GOM Scan 1 a réussi à capturer un niveau de détail très fin, comme nous l’avons vu avec la partie métallique du tuyau d’échappement. Il est également, tout comme le logiciel, extrêmement rapide ; on peut obtenir des scans en quelques minutes seulement, surtout avec le plateau tournant automatique.

Niveau logiciel, GOM Inspect Professional et ses nouvelles (et anciennes) fonctionnalités – comme la numérisation multi-pièces ou le déwarping – sont vraiment impressionnants. Même si l’interface pourrait être encore plus optimisée (il y a beaucoup de boutons et de fonctions), c’est le meilleur logiciel de numérisation et d’inspection que nous ayons eu la chance d’essayer. L’assistant intégré apporte une grande valeur ajoutée et une grande facilité d’utilisation. Cette solution d’inspection professionnelle est disponible à environ 12K€.

Combinés, le GOM Scan 1 et le GOM Inspect Professional peuvent représenter un investissement relativement important. Mais les scanners 3D offrant ce niveau de précision et d’exactitude coûtent généralement beaucoup, beaucoup plus cher. En faisant des compromis sur des éléments non cruciaux, comme les objectifs interchangeables ou la compatibilité avec les bras robotiques, GOM est en mesure de présenter sa métrologie de niveau industriel aux PME et aux indépendants.