Dissertations / Theses on the topic 'Machines à mesurer tridimensionnelles'

L'accréditation des Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) est envisageable pour les engrenages à condition d'évaluer les incertitudes de mesures, les mesurandes étant parfaitement définis par la normalisation. Nos travaux s'appuient principalement sur la méthode de Monte Carlo et sur des techniques de permutations linéaires ou circulaires pour séparer les défauts et chiffrer les incertitudes de mesures associées, conformément au Guide pour l'expression des incertitudes de mesures (GUM). L'analyse de l'effet de la géométrie de la MMT sur la mesure d'une pièce de forme circulaire ou d'une roue dentée montre qu'il est impossible de caractériser complètement la géométrie de la MMT à partir d'une pièce supposée parfaite. Cependant, nous avons mis en place un concept de « défauts équivalents » propre à la géométrie de la machine et à la définition théorique de la pièce étudiée. Les systèmes de palpage utilisés ont été évalués afin de corriger les défauts systématiques identifiables et chiffrer les incertitudes associées. En prenant l'exemple d'un engrenage cylindrique droit, trois approches sont comparées : l'analyse des caractéristiques métrologiques de la MMT, la méthode de permutation et celle de comparaison. La méthode proposée permet de diminuer les incertitudes de mesures et peut être généralisée pour différentes applications. Nous proposons comme exemple l'étude des taux de pénétration et des volumes d'usure sur des explants de prothèses totales de hanches
Because measurands are perfectly defined in standards, Coordinate Measuring Machines (CMM) accreditation is possible for gears provided measurements uncertainties are assessed. In accordance with the Guide to the expression of Uncertainty in Measurement (GUM), our work is mainly based on the Monte Carlo method and linear or circular error separation techniques to differentiate defaults and quantify associated measurements uncertainties. Analysis of the CMM geometry effect on a circular ring or gear measurement shows that it is impossible to characterize completely the CMM geometry with a part supposed to be perfect. However, we set up a concept of “Equivalent defaults” characterizing the CMM geometry for the theoretical definition of the studied part. The probing systems used were assessed in order to compensate the identifiable systematic defaults and quantify associated uncertainties. Based on the example of a cylindrical gear, three different approaches are compared: the analysis of the CMM metrological characteristics, by error separation method and by comparison. This contribution in term of uncertainties measurements has numerous applications; for example the study of penetration rates and wear volumes of explanted total hip prostheses

Le tolérancement géométrique défini par la normalisation est étudié de façon détaillée suivant une présentation structurée. Cette étude fait apparaître l'importance de la notion de surface théorique composée dans les spécifications géométriques fonctionnelles telles que les systèmes de références ou certains types de tolérancement tel que l'exigence du maximum de matière. Ces spécifications peuvent être vérifiées par les méthodes traditionnelles de contrôle au marbre et de contrôle par calibre. Les logiciels des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), ne permettent pas de construire, de façon conforme à la norme, les systèmes de références sur les surfaces palpées de la pièce, ni de reproduire les contrôles par calibre. Une nouvelle approche de la métrologie est proposée pour les logiciels de ces machines dont le premier objectif est de palier à ces limites. Suivant cette approche les spécifications sont contrôlées par le résultat de l'assemblage d'un «calibre virtuel» avec les surfaces palpées de la pièce. Ceci permet de contrôler directement les conditions fonctionnelles que doit remplir la pièce. Le calibre virtuel, défini par le métrologue grâce aux menus du logiciel, est une construction parfaite de plusieurs surfaces théoriques élémentaires, telles que des plans ou des cylindres, qui sont appelées «calibres élémentaires». Différentes propriétés peuvent être données aux calibres élémentaires leur permettant, par exemple, de «s'ajuster» aux surfaces palpées. Ces propriétés permettent d'effectuer une multitude de contrôles et de mesures fonctionnels. Une maquette informatique implémentant ce modèle a été développée. L'utilisation de cette maquette est illustrée sur un exemple industriel et permet de montrer la simplicité et l'efficacité de l'approche proposée

L'utilisation de machines à mesure tridimensionnelle s'est généralisée dans les grosses entreprises et chez les sous traitants. La mise en place des normes iSO 9000 et les calculs de capabilité qui en découlenl impliquent une connaissance approfondie des incertitudes de mesures. Dans les machines à mesurer, l'incertitude globale et les normes utilisées sont généralement indiquées. Les incertitudes de mesure de ces différentes machines sont exprimées sous la forme : ± A+ bL ou A est une incertitude représentative de la fidélité et bL est une incertitude de position en fonction de fa longueur. La géométrie et l'environnement de ces machines étant actuellement pris en compte par les logiciels, il reste l'influence méconnue d'un grand nombre de paramètres (relatif au capteur) : longueur, diamètre, vitesse ainsi que îe type et nombre de points de l'élément mesuré. Nous proposons de donner une méthode d'obtention rapide, suivant les critères choisis par l'opérateur, de l'incertitude de mesure et de l'indice de capabilité plus proches de la réalité. Le premier chapitre- présente la situation actuelle des machines à mesurer vis à vis des ISO 9000 et l'état de l'art dans ce type de matériel. Dans le chapitre deux, une étude expérimentaie a été réalisée pour déterminer la taille des échantillons utilisés pour notre approche. Dans le chapitre trois, nous trouverons l'étude expérimentale et la modélisation sur la qualification du capteur. Le chapitre quatre est une étude expérimentale et la modélisation des éléments de base. ( point, droite, plan, cercle, sphère). Enfin le chapitre cinq est la proposition d'un modèle général de calcul des incertitudes de mesure et des capabilités. Les annexes comprennent la MMT utilisée et son logiciel, les normes, certificats d'étalonnage, les valeurs de la pièce test et les programmes développés
Three-dimensional measuring machines have come into general use in big firms and among subcontractors. The enforcement of ISO 9000 standards and the ensuing capability calculations require a thorough knowledge of measurement uncertainty. In measuring machines, global uncertainty and the standards used are generally indicated. The measurement uncertainty of these different machines is given in the following for JA+bLJ:-A representing an accuracy uncertainty and bL a position uncertainty related to the length. The geometry and environment of these machines being currently taken into account by application programs, there remains many unknown parameters connected to the sensor :its length, diameter, speed, type and the number of points of the measured element. We aim at presenting a method permitting to quickly obtain the measurement uncertainty and the index of capability according to the operator's selected criteria; and rapidly get an index of capability closer to reality. Chapter 1 describes the present situation of measuring machines towards the IS09000 standards and the state-of-art equipement of this type. In chapter 2 an experimental study is carried out in order to determine the size of samples used in our study-In chapter 3 we decribe the experimental study and the modelling of the qualification of the sensor. Chapter4 presents the experimental study and the modelling of the basic element : the point, the straight line, the plane, the circle and the sphere. Finally, in chapter 5 we propose a general model for the calculation of measurement uncertainties and capabilities. The annex comprises the 3D machine and software, the standards, the calibrator! certificates, the values of the piece and the specifically developed application programmes

Les travaux présentés dans ce mémoire sont centrés sur l'amélioration de la qualité des mesures réalisées sur machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) en milieu industriel. En particulier nous nous intéressons au diagnostic et à la correction des défaillances de la chaine de mesure. Dans un premier temps, nous proposons un travail d'expertise des savoir-faire des utilisateurs sous la forme d'une analyse des modes de défaillance et de leur criticité (amdec) des maillons de la chaine de mesure, ainsi qu'une analyse d'un ensemble de procédures qualité industrielles usuelles. Une étude bibliographique des solutions présentées dans la littérature complète l'expertise menée. Suite à ces travaux, nous avons défini la structure et les fonctionnalités d'un superviseur de MMT adapté aux contraintes d'utilisation des MMT en milieu industriel. Nous proposons des indicateurs qualité, ainsi que des procédures adaptées pour leur évaluation. Le superviseur, enrichi avec les indicateurs et procédures expérimentés doit mener a la maitrise de la qualité des mesures réalisées sur MMT. Les indicateurs de qualité calculés et suivis pour la supervision, offrent des perspectives en vue de l'évaluation des incertitudes sur les mesures.

Dans le cadre de la mesure tridimensionnelle de pièces mécaniques par capteur sans contact, je m’intéresse à la prise en compte des défauts du capteur dans la stratégie de mesure. En effet, si des avancées technologiques dans le domaine des capteurs optiques permettent d’envisager le contrôle dimensionnel des pièces, leur relative imprécision par rapport aux capteurs à contact nécessite d’optimiser les stratégies de mesure en regard des spécifications à contrôler. Ainsi, en développant une stratégie de numérisation adéquate prenant en compte les défauts du capteur, il est envisagé de minimiser les incertitudes de mesure et d’utiliser ces capteurs dans le cadre d’applications assez larges de mesure des pièces mécaniques. Les défauts pris en compte peuvent être par exemple associés à la distance capteur/pièce, à l’orientation capteur/pièce. Mon travail concerne développement, l’écriture et l’implémentation d’un algorithme de simulation de trajectoire en regard de différents paramètres du capteur et des spécifications géométriques de la pièce. Il est une première approche d’une approche de planification automatique de trajectoire d’un capteur de mesure sans contact. La méthode que nous mettons en oeuvre est basée sur la notion de la visibilité de la pièce. Elle consiste à déterminer les directions pour lesquelles les toutes les surfaces à contrôler de la pièce sont visibles par le capteur. L’approche est constituée de trois phases successives : La première phase définit la visibilité locale du point de vue du laser qui dépend de la précision souhaitée. La seconde concerne le traitement des phénomènes d’ombrages qui peuvent perturber l’accès du laser à la surface dans certaines directions. Enfin la troisième représente la visibilité totale ou réelle du capteur qui élimine les orientations correspondant à l’occultation de la caméra. A partir de la carte de visibilité réelle et complète d’une pièce on déduit des positions et orientations préférentielles du capteur. Cette détermination, envisagée dans un cadre métrologique se fait dans le respect des spécifications dimensionnelles et géométriques de la pièce et prend en compte les différentes incertitudes de mesure notamment la réindexation du capteur ainsi que la notion de temps de mesure. L’objectif est de déterminer une trajectoire acceptable sans pour autant qu’elle soit optimale
Within the framework of the Ph. D. GM- GC under title Computer aided inspection of geometrical specification of mechanical part without contact 3D Measurement, and within the team “metrology 3D” located in Auxerre, L. R. M. A. University of Burgundy. Within the framework of the three-dimensional measurement of mechanical part using without contact sensor, this work concerns the taking into account of the defects of the sensor in the strategy of measurement. Indeed, if technological projections in the field of the optical sensors make it possible to consider the dimensional check of the parts, their relative inaccuracy with respect to the sensors with contact requires optimizing the strategies of measurement compared to the specifications to be controlled. Thus, by developing a strategy of adequate digitalization taking of account the defects of the sensor, it is planned to minimize uncertainties of measurement and to approach the current performances of the sensors with contact. These defects can for example be associated at the distance sensor/piece-rates, with the orientation sensor/part and the work has consisted in the development, the writing and the implementation of an algorithm of simulation of trajectory compared to various parameters of the sensor and the geometrical specifications of the part. Lastly, they must lead to the automatic planning of trajectory of a transmitter without contact. The method that we implement is based on the notion of the visibility of the part. It consists in determining the directions for which all surfaces of the part are visible by the sensor. The approach consists of three successive phases. The first phase defines the visibility from the point of view of the laser. The second relates to the screening of the camera. And the third represents the total visibility of the sensor unit; i. E. Laser and camera associated. A chart of total visibility is built. From this one, positions and preferential orientations part are retained to carry out the inspection. This determination, under considerations within a metrological framework, must be done in the respect of the dimensional and geometrical specifications of the part while guaranteeing its complete digitalization. The developed approach which one thus seeks the complete automation of the planning of the trajectory. It represents a step of planning aid of the trajectory of digitalization under metrological considerations

En métrologie tridimensionnelle, l'outil privilégié de contrôle est actuellement la machine à mesurer tridimensionnelle (MMT). Une démarche métrologique appliquée à ce type d'équipement de mesure impose que la résultat de mesure soit accompagné d'une incertitude : lorsque ce paramètre n'est pas pris en compte, les décisions prises à partir des données de mesurage risquent d'être aberrantes. Ce travail présente une contribution à l'évaluation des incertitudes liées aux résultats de mesures tridimensionnelles. Pour cela, on présente une nouvelle méthode d'estimation des paramètres des éléments géométriques associés et de leurs incertitudes permettant de s'affranchir de l'hypothèse classique des petits déplacements. Notre méthode basée sur la régression de la distance orthogonale permet de travailler dans le repère machine, et de tenir compte des incertitudes sur les coordonnées des points palpés. Après une modélisation des entités géométriques les plus rencontrées en métrologie tridimensionnelle, une méthode d'estimation basée sur la régression de la distance orthogonale (ODR) est présentée pour déterminer les paramètres des éléments géométriques associés et les incertitudes associées. La validation de cette modélisation est réalisée conformément à la norme ISO 10360-6 et complétée par une campagne d'essais de mesurages sur machine à mesurer tridimensionnelle. L'incertitude de mesure associée au défaut de forme est quantifiée par application de la loi de propagation des incertitudes : cette étape de calcul est validée par la méthode de Monté Carlo. L'évaluation de l'incertitude engendrée par la gamme de mesure suivie lors du contrôle d'une pièce mécanique est illustrée sur les spécifications de parallélisme et de perpendicularité. Un programme informatique développé en C++ a permis de traiter ces différentes étapes d'association et de construction d'éléments géométriques, et d'illustrer les différentes phases de propagation des incertitudes vers la spécification mesurée, et donc d'identifier les moyens pour optimiser cette incertitude. Cette étude respecte les directives normatives de l'ISO 14253-1 en vue d'intégrer l'incertitude dans les prises de décision pendant la déclaration de conformité de la pièce.

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but la maîtrise des méthodes d'étalonnage par multilatération. Ils s'inscrivent dans une collaboration entre le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) et le Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée (LURPA). Dans ces travaux, la multilatération est dite séquentielle car réalisée avec un unique Laser Tracer positionné successivement plusieurs points de l'espace. La détermination de ces positions ainsi que des bras-morts de l'interféromètre est le point clef de la méthode. Pour l'évaluation des incertitudes, le raccordement aux étalons est fait via les longueurs interférométriques délivrées par le Laser Tracer. Elles sont associées à des défauts caractéristiques d'une cinématique particulière ou aux coordonnées des points mesurés. Elles sont évaluées au travers de la stratégie de mesure et des performances de chaque composant intervenant lors de la procédure d'étalonnage. Mesurer les coordonnées d'un point cible de l'espace par multilatération implique de connaître les positions des points de vue depuis lesquels le point est visé, ainsi que les longueurs qui le séparent des points de vue qui en pratique sont les centres des Laser Tracer. La méthode que nous proposons permet d'identifier les positions et bras-morts des Laser Tracer qui constituent un repère de mesure qualifié de Système Mesurant de Référence (SMR), puis de réaliser la multilatération. Ensuite, l'extraction de défauts volumiques permet éventuellement d'identifier les défauts cinématiques d'une chaîne de solides particulière associée au volume de mesure. Dans cette optique, nous proposons une procédure type inspirée des travaux du LNE axés sur l'utilisation d'une barre à trous pour identifier les défauts cinématiques d'une MMT à trois axes cartésiens. Cette méthode se démarque des approches actuellement proposées car le SMR est construit indépendamment de l'identification des défauts de l'appareil de mesure. De plus, la procédure d'étalonnage que nous proposons repose sur une investigation axe par axe plutôt que par une optimisation globale du problème d'étalonnage. En nous focalisant sur les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), nous proposons un bilan d'incertitudes qui a inclus des facteurs dont le rôle n'était auparavant pas pris en compte dans la littérature. Ces facteurs sont liés au fait de n'utiliser qu'un seul Laser Tracer pour étalonner la MMT. Nous proposons un module d'évaluation des incertitudes qui permet, grâce à des simulations de Monte Carlo, d'identifier l'influence de chacun de facteurs d'incertitude. La pertinence d'une stratégie d'étalonnage peut donc être évaluée à priori de la mise en œuvre de la procédure. L'outil de simulation proposé s'appuie sur la simulation du comportement de la MMT et de celui du Laser Tracer lors de la mesure. Deux indicateurs d'incertitude sont proposés pour l'étude des incertitudes. L'un est lié à l'exactitude de calcul du SMR construit sur les positions successives du Laser Tracer, l'autre est une image de l'incertitude obtenu sur les profils des défauts cinématiques calculés. Cet outil de simulation a permis de valider l'importance des sources d'incertitudes établies initialement pour l'étalonnage d'une MMT à trois axes cartésiens. L’ensemble de la démarche a été appliqué et validé pour une MMT à 3 axes cartésiens en conditions de laboratoire chez un industriel. Cependant, l’approche proposée découple la construction du SMR de l’identification des défauts cinématiques. Elle peut donc être facilement étendue à des systèmes de mesure 3D variés. Nous montrons donc que la démarche globale peut s’appliquer à des espaces de mesure sans cinématique machine. Il s’agit alors d’identifier les défauts volumiques associés à l’espace de mesure, ainsi que les incertitudes associées à la méthode d’étalonnage mise en œuvre. Afin d’illustrer notre propos, nous traitons le cas d’espaces de travail associés à un système de mesure optique
This thesis aims at developing calibration procedures and methods for measuring tools such as coordinate measuring machines (CMMs) and stereovision devices. This work is incorporated within the framework of a collaboration between the Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) and the Automated Production Research Laboratory (LURPA). In the scope of this thesis, multilateration is qualified as sequential because it is carried out by a single tracking interferometer (Laser Tracer) that is placed in different positions during the calibration procedure. In order to assess the calibration uncertainties, the link to the length standards is obtained through the measured lengths provided by the interferometer. Each one of these measured lengths is linked to the kinematic chain parametric errors that cause the volumetric errors of the CMM or directly to the measured points coordinates. They are assessed thanks to the study of both the calibration procedure and the performance of each component that takes part in the calibration procedure.Performing multilateration to obtain the spatial coordinates of a point requires to know both the stand points from which the point is measured and the distances between the stand points and the measured point. Practically, the stand points are the Laser Tracer positions. The proposed method aims at identifying the Laser Tracer’s positions and dead-paths lengths first in order to build a reference measuring frame, then performing multilateration. Then, if the measuring device is a CMM, its kinematic chain parametric errors are identified. For this matter, we propose a specific procedure based on the LNE knowledge on CMM calibration carried out using hole-bars. The originality of the proposed method lies in the fact that the reference measuring frame and the measuring device errors are calculated independently from each other. Plus, when addressing the case of a CMM calibration, the kinematic chain parametric errors are extracted one by one when a global optimization algorithm is usually performed nowadays.We focus on the case of CMMs calibration and we propose a precise analysis of all the sources of errors. It includes factors which influence was not studied before. They appear to result from the fact that a single tracking interferometer is used to calibrate the CMM. A simulation module based on a Monte Carlo approach has been developed. It enables the study of the influence of each source of errors independently from the other ones. Hence, the relevance of a measuring strategy can be assessed beforehand. This module simulates the behaviour of both the CMM and the Laser Tracer to evaluate uncertainties. We propose two indicators to observe the relative influence of each uncertainty factor. The first one is linked to the reference frame that is built on the successive positions of the Laser Tracer. The second one represents the global uncertainty one the kinematic chain parametric errors. This uncertainty assessment module has been successfully used to highlight the importance of sources of errors which role used to not be studied.The calibration procedure and uncertainty assessment module we propose have been successfully applied to a 3-axis cartesian CMM in laboratory conditions. Plus, since the reference measuring frame and the kinematic chain parametric errors identification are performed separately, the method we propose can be applied to other measuring devices. We especially explain how to apply it in the case of a measuring device based on stereovision

L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie complète de reconstruction 3D d’objets sous-marins naturels, améliorée par une nouvelle méthode d’acquisition afin de permettre des mesures quantitatives. Il a d’abord fallu prendre en compte les différents problèmes liés au milieu sous-marin profond ; la contrainte principale est que le système utilisé pour faire l’acquisition des images doit être contrôlé à des profondeurs très importantes, jusqu’à 6000 mètres, à l’aide d’un véhicule positionné sur le fond. Ainsi, une méthode permettant l’acquisition automatique d’images a été développée, adaptée à tout type d’objet sous-marin de faible échelle (environ 1m3). L’acquisition d’image est réalisée avec un système de stéréovision contrÔlé par un bras manipulateur. La méthode que nous proposons permet de connaître les paramètres extrinsèques des caméras du système de vision, par le suivi d’une trajectoire définie par la géométrie de la tête stéréo. Ainsi, la trajectoire est générée par le déplacement d’une caméra sur la position de l’autre caméra par asservissement visuel. Avec cette méthode, nous pouvons enregistrer des images à intervalles réguliers directement liés à la géométrie de la tête stéréo. Ensuite, le modèle 3D de l’objet sous-marin est calculé à partir des images collectées et des paramètres des caméras. Le résultat final est une reconstruction 3D dense avec un plaquage de texture, qui permet de faire des mesures métriques. Mots-clés: métrologie 3D, vision par ordinateur, stéréovision, asservissement visuel, trajectoire d’acquisition, reconstruction 3D
The aim of this study is to propose a complete 3-dimension reconstruction method of natural submarine objects improved by a new acquisition method for quantitative measures, which can be used in operational conditions. First, it was necessary to take into account the various problems connected with the deep sea environment ; the main constraint is that the system used to collect images must be manipulated at very important depths, up to 6000 meters by an underwater vehicle positioned on the sea floor. Thus, a method allowing the automatic acquisition of images was developed, adapted to any type of small-scale submarine object (approximately 1m 3). The image acquisition is performed with a stereovision system operated by a manipulator arm. The method that we propose enables us to know extrinsic camera parameters by following a specific trajectory defined by the geometry of a stereo rig. Indeed, the trajectory is generated by the displacement of one camera onto the position of the other one by visual servoing. With this method, we can register images at regular intervals directly linked to the geometry of the stereo rig. Then, the 3D model of the underwater object is calculated from the collected images and camera parameters. The final result is a dense 3D reconstruction with texture mapping that enables metric measures. Keywords: 3D metrology, computer vision, stereovision system, visual servoing, camera trajectory, 3D reconstruction

Identification géométrique d'une surface fabriquée. Méthode générale d'identification géométrique d'une surface. Etude détaillée de l'association d'une surface géométrique idéale a une surface palpée dans les cas de la droite, du plan, de la sphère, du cylindre et du cone. Etude comparative des résultats obtenus par une optimalisation suivant les critères de gauss du défaut de forme mini de la plus grande ou de la plus petite surface tangente intérieure ou extérieure. Identification tridimensionnelle d'une pièce mécanique. Correction des écarts géométrique d'une machine a mesurer tridimensionnelle

Dans cette thèse nous avons montré à travers différentes études et expériences la nécessité de mesurer la section de pièces métalliques. Les méthodes actuelles sont basées sur des systèmes de vision 2D, ce qui ne permet pas de traiter toutes les géométries possibles. Par conséquent nous avons proposé d’utiliser des méthodes de vision 3D basées sur un couplage laser caméra et sur un dispositif optique de type Scheimpflug. Ce dispositif non conventionnel augmente le champ de vue focalisé de la caméra. La mesure dimensionnelle de la pièce nécessite une calibration spécifique d’un tel système. Nous avons donc proposé des méthodes de calibrage dont les performances dépassent celles de l’état de l’art. Une fois le système calibré, la mesure de la section est obtenue par une analyse du profil résultant de la projection du plan laser sur la pièce. La capacité du système développé a été évaluée avec des pièces étalons
In this PhD thesis, we have demonstrated through various studies and experiments the necessity of using 3D vision system to measure the cross-section area of metallic objects. The current methods are based on 2D vision approach, which do not allow the measurement of different geometry of these metallic objects. Therefore, we have proposed 3D vision system that consists of lasers and cameras that have been equipped with Scheimpflug optical devices. This non-conventional optical set-up increases the field of view of the camera. As we have to measure the metallic object using the laser-Scheimpflug device, we need to calibrate the system. We proposed a new calibration method that provides significant improvement compared to the state of art laser-camera triangulation system. Using the calibrated system, the cross-section of the metallic object is determined by the analysis of the profile that results from the laser line projected on the metallic object. We have validated the system capability on plug gauges

Les phénomènes observés dans le comportement élastique non linéaire des roches et des bétons sont reconnus pour être étroitement reliés à leur microstructure. La signature non linéaire de ces matériaux est complexe avec notamment une perte temporaire des propriétés élastiques en sollicitation dynamique ainsi que des phénomènes d’hystérésis et de relaxation lente. Depuis les années 90, de nombreuses études académiques et industrielles ont démontré l’intérêt de l’acoustique non linéaire pour la caractérisation non-destructive avec des indicateurs dont la sensibilité à l’endommagement est décuplée par rapport à ceux utilisés jusqu’alors. Cependant, les effets tridimensionnels associés aux couplages éventuels des phénomènes non linéaires sont généralement négligés dans ces études, ce qui limite l’obtention de paramètres quantitatifs, pouvant même mener à des conclusions erronées. Dans ce contexte, ces travaux de thèse s’attachent à développer une approche théorique tridimensionnelle unifiée, adaptée de l’acousto-élasticité. Le premier chapitre, introduit le support bibliographique de ces travaux. Le deuxième chapitre expose un modèle de relaxation tridimensionnel, couplé aux coefficients élastiques d’ordre trois. Il est validé expérimentalement sur du mortier et du grès. Il est démontré que la perte temporaire des propriétés élastiques en sollicitation dynamique est un phénomène anisotrope induit. Le troisième chapitre, applique le modèle à la résonance non linéaire. Le quatrième chapitre introduit le modèle à la prospection non linéaire in situ. Les perspectives de ces travaux sont vastes, couvrant des domaines fondamentaux ou plus pratiques (contrôle non destructif)
The phenomena observed in the nonlinear elastic behavior of rocks and concretes are known to be closely related to their microstructure. The nonlinear signature of those materials is complex with temporary loss of elastic properties under dynamic loading as well as hysteresis and slow relaxation phenomena. Since the 1990s, numerous academic and industrial studies have demonstrated the value of nonlinear acoustics for non-destructive characterization with indicators whose sensitivities to damage is tenfold compared to those used up to now. However, the three-dimensional effects associated with the possible coupling of nonlinear phenomena are generally neglected in these studies, which limits the obtaining of quantitative parameters, which may even lead to erroneous conclusions. In this context, these theses work aims to develop a unified three-dimensional theoretical approach, adapted from the acousto-elasticity. The first chapter introduces the bibliographic support of this work. The second chapter presents a three-dimensional relaxation model coupled to the three-order elastic coefficients. It is validated experimentally on mortar and sandstone. It is shown that the temporary loss of elastic properties under dynamic loading is an induced anisotropic phenomenon.The third chapter applies the model to nonlinear resonance experiment. The forth chapter introduces the model to in situ nonlinear prospecting. The perspectives of this work are broad, covering fundamental domains (non-linear elasticity) or more practical (non-destructive testing and passive monitoring of buildings)

Les mesures tridimensionnelles peuvent être obtenues à partir de plusieurs images par la méthode de triangulation. Ce travail étudie le problème du placement des caméras de façon a obtenir une erreur minimale lors des mesures tridimensionnelles. En photogrammétrie, on parlera du concept du réseau de caméras. Nous poserons le problème en termes d'optimisation et nous le diviserons en deux parties: 1) Une partie analytique dédiée à l'analyse de l'erreur de propagation d'où découlera un critère. 2) Un processus global d'optimisation minimisera ce critère. De ce coté-là, l'approche consiste en une analyse d'incertitude appliquée au processus de reconstruction d'où une matrice de covariance sera calculée. Cette matrice représente l'incertitude de la détection pour lequel le critère est dérivé. Par ailleurs, l'optimisation a des aspects discontinus essentiellement dû à l'inobservabilité des points. Ce facteur va nous amener à utiliser un processus d'optimisation combinatoire que nous avons résolu en utilisant un algorithme génétique multicellulaire. Des résultats expérimentaux sont inclus pour illustrer l'efficacité et la rapidité de la solution.

Cette thèse traite de la numérisation 3D d'objets de formes inconnues par capteur laser plan sans contact. Objectif : accroître la qualité du résultat par la génération de trajectoire intelligente (TI) de numérisation. Les paramètres du positionnement capteur/pièce et la conséquence de leur variation sur la qualité du nuage sont étudiés. Un protocole expérimental d'évaluation du système de numérisation vis à vis du bruit de mesure (fonction de la distance et de l'angle de numérisation) est proposé, complété par des procédures d'évaluation de la justesse, la justesse relative et la fidélité. Il permet l'identification de l'espace admissible pour la génération de la TI. La démarche de génération de la TI débute par une première numérisation de l'objet. La qualification des données 3D obtenues est proposée tirant partie de l'étude précédente. Les zones de qualité insuffisante (bruit et complétude principalement) qui doivent être re numérisées sont identifiées. La nouvelle trajectoire est recalculée de façon à ce que les paramètres définissent un positionnement capteur appartenant à l'espace admissible précédemment établi. La démarche est illustrée par différents exemples.

Avec l’avancée des technologies de la microélectronique, l’architecture des composants électroniques devient de plus en plus compliquée. Or, la connaissance des caractéristiques dimensionnelles des structures réalisées est importante pour pouvoir comprendre et optimiser le comportement de ces composants. C’est pourquoi il existe un besoin de développer des méthodes de mesure tridimensionnelles rapides et non destructives.Le microscope électronique à balayage (SEM) est largement utilisé pour réaliser des mesures dimensionnelles car il répond aux problématiques de rapidité et de non-destructivité. Cependant l’obtention d’informations tridimensionnelles quantitatives et précises est un challenge.Grâce à un microscope électronique dont le faisceau électronique peut être incliné, il est possible d’obtenir des images à différents angles de vue. A partir de l’analyse de ces images, la hauteur et l’angle des flancs du motif observé peuvent être déterminés géométriquement.Cependant, l’imagerie électronique étant le résultat des interactions électrons-matière, il est important de comprendre l’origine de la formation des images SEM, pour pouvoir les analyser correctement. C’est pourquoi une étude a été menée grâce à un logiciel de simulation physique pour observer et comprendre l’impact de la topographie d’un motif sur l’image SEM résultante.A partir de ces observations, des métriques ont été créées sur les images SEM pour les analyser quantitativement. Un modèle linéaire a ensuite été créé grâce aux simulations physiques pour estimer les grandeurs topographiques à partir de ces métriques. Il a ensuite été calibré sur des mesures SEM réelles, en les comparant à des mesures tridimensionnelles de référence par microscopie à force atomique (AFM). Ce modèle a été créé pour la reconstruction de motifs de type "ligne" en silicium gravé. Grâce à ce modèle, des reconstructions de motifs réelles ont été réalisées. Enfin un travail sur la création d’un modèle pour les motifs de type "tranchée" et "dense" en silicium gravé a été initié
With the advancement of microelectronics technologies, the architecture of electronic components is becoming increasingly complicated. However, knowledge of the dimensional characteristics of the structures is important in order to be able to understand and optimize the behavior of these components. This is why there is a need to develop rapid, non-destructive three-dimensional measurement methods.The scanning electron microscope (SEM) is widely used to carry out dimensional measurements because it responds to the problems of speed and non-destructivity. However, obtaining quantitative and precise three-dimensional information is a challenge.Thanks to an electron microscope whose electron beam can be tilted, it is possible to obtain images at different viewing angles. From the analysis of these images, the height and the sidewall angles of the observed pattern can be determined geometrically.However, since electronic imaging is the result of electron-matter interactions, it is important to understand the origin of the formation of SEM images, in order to be able to analyze them correctly. This is why a study was carried out using physical simulation software to observe and understand the impact of the topography of a pattern on the resulting SEM image.From these observations, metrics were created on the SEM images to analyze them quantitatively.A linear model was then created using physical simulations to estimate the topographic quantities from these metrics. It was then calibrated on real SEM measurements, by comparing them to three-dimensional reference measurements by atomic force microscopy (AFM). This model was created for the reconstruction of “line” type patterns in etched silicon. Thanks to this model, reconstructions of real patterns were made. Finally, work was started on the creation of a model for "trench" and "dense" type patterns in etched silicon

Ce manuscrit décrit la modélisation et la régulation de la température au sein d’un dispositif expérimental développé initialement pour valider les principes de conception adoptés pour une nouvelle machine de mesure de cylindricité au Laboratoire Commun de Métrologie du Laboratoire national de métrologie et d’essais – Conservatoire national des arts et métiers.L’appareil a été équipé de 19 sondes à résistance de platine raccordées à une référence nationale afin d’étudier l’influence sur son comportement des perturbations thermiques générées par des sources de chaleur internes et externes. L’investigation de l’influence de ces perturbations sur les mesures réalisées avec des capteurs de déplacement capacitifs a également été menée. Les perturbations thermiques internes simulant les puissances dissipées par les éléments de guidage mécaniques ont été générées par l’intermédiaire de trois films chauffants. Une modélisation par éléments finis du dispositif expérimental a été réalisée et les résultats numériques comparés à des résultats expérimentaux réalisés dans les mêmes conditions. Les écarts obtenus, de l’ordre de 0,1 °C, sont trop élevés pour que ce modèle soit adopté pour l’élaboration d’une régulation thermique en temps réel. Dans la suite, un modèle réduit a été développé à partir des données expérimentales à l’aide de la méthode d’identification modale (MIM). Le résidu obtenu lors de la comparaison des résultats issus de ce modèle et expérimentalement est inférieur à 0,003 °C. Finalement, une régulation thermique à mieux que le centième de degré a été mise en oeuvre en utilisant une commande prédictive associée à un filtre de Kalman
This thesis describes the modelling and real-time regulation of the temperature inside an apparatus developed to validate the design principles of a cylindricity measurement machine at the Laboratoire Commun de Métrologie du Laboratoire national de métrologie et d’essais – Conservatoire national des arts et métiers. To study the effect of internal and external perturbations on the behaviour of the system, the apparatus is equipped with 19 platinum resistance thermometers calibrated with respect to the national standard. The effect of perturbations on the behaviour of capacitive displacement sensors has also been studied. The effect of internal perturbations generated by the mechanical guide rails was simulated using three film resistive heaters. Finite element modeling of the system temperature was carried out and the numerical results compared with experiment. The offsets about 0.1°C are too large for the model to be used for real-time temperature control. Subsequently, a reduced model wasdeveloped based on experimental data using the modal identification method (MIM). The residual obtained when its results are compared with experiment is 0.003°C. Finally, a temperature servo implemented using predictive control combined with a Kalman filter

La métrologie 3D permet la vérification de spécifications géométriques et dimensionnelles sur des pièces mécaniques. Ce contrôle est classiquement réalisé à partir de mesures avec des capteurs à contact montés sur des machines à mesurer tridimensionnelles. Ce type de mesures offre une très grande qualité de données acquises mais requiert un temps d'exécution relativement long. Les présents travaux s'attachent donc à développer les mesures optiques dans le cadre de la métrologie 3D qui, avec une qualité diminuée, permettent une exécution beaucoup plus rapide. L'absence de norme concernant ces systèmes de mesure a pour conséquence leur utilisation rare dans le cadre de la métrologie. En effet, le choix d'un système est généralement réalisé à partir de spécifications sur sa qualité. Nous proposons donc une méthode de qualification des systèmes de mesure optiques permettant de quantifier la qualité des données qu'ils fournissent. Les données ainsi qualifiées sont stockées dans une base de données. Un processus global d'inspection 3D multi-systèmes est mis en place, permettant le choix du système de numérisation le mieux adapté (à contact ou sans contact) en termes de qualité et de coût de numérisation, à partir des données qualifiées de la base de données. Lors de l'utilisation de systèmes de mesure optiques, la baisse de qualité est essentiellement due au bruit de numérisation inhérent à ce type de systèmes. Un filtre permettant d'éliminer ce bruit, tout en gardant le défaut de forme de la surface, est mis en place dans le processus afin de rendre possible la vérification de spécifications avec des intervalles de tolérance faibles à l'aide de systèmes de mesure optiques.

Cette étude porte sur l'application des techniques de mesure optiques pour la caractérisation mécanique des organes biologiques. Deux voies ont été explorées : la réalisation de maillages en éléments finis et la mesure de déformations planes. Les maillages en éléments finis peuvent être réalisés à partir du relief des organes. Nous avons alors développé une technique de projection de réseaux de traits. Afin d'améliorer l'exactitude, l'analyse des réseaux s'effectue par des techniques de décalages de phases. Une procédure de calibrage du montage a été spécialement développée. La mesure des déformations sur de la peau a été effectuée par une extension de la technique de suivi de marqueurs. Afin de voir l'ensemble des phénomènes mécaniques qui régissent ce tissu, nous avons réalisé des essais de traction simple, de relaxation, de traction à accélération constante et de traction biaxiale. Le caractère viscoplastique de la peau et l'orthotropie de sa structure ont été ainsi mis en évidence.

L'étude proposée porte sur l'adaptation d'une méthode de mesure optique à lamesure de la topologie d'objet de grandes dimensions et à une distance de travail proche. Laméthode optique utilisée est la projection de franges car elle permet l'étude de grands objets.Dans un premier temps, des essais expérimentaux ont été réalisés pour évaluer l'exactitudedu développement actuel ; ce dernier utilisant une analyse de franges s'appuyant sur lacombinaison d'une méthode quasi-hétérodyne utilisant une transformation de Fourier etd'une méthode de code gray.Après avoir quantifié les erreurs et déterminé leurs sources, le choix dudéveloppement d'une procédure d'étalonnage et de nouvelles équations associées à cetteprocédure se sont imposés. Le nouvel étalonnage est quant à lui basé sur une interpolationpolynomiale de points définissant un volume de grandes dimensions. Un objet étalon a étéspécialement conçu pour cette procédure de calibration. Pour évaluer l'erreur du à lacalibration, une étude systématique de cas de polynômes dont le plus haut degré varie de 1à 4 a été effectué. Cette approche a permis de déterminer le degré optimal du polynôme àutiliser. Dans le meilleur cas, l'estimation de l'erreur a permis d'évaluer la précision del'étalonnage à 1 mm sur un objet de 2 m évalué à une distance de 2 m.La méthode a été par la suite appliquée, dans un cadre industriel à l'étude deflotteurs et dans un cadre médical à l'étude du relief de la paroi abdominale. D'un point devue médical, cette méthode permet d'obtenir rapidement et facilement la morphologie ducorps humain. Elle permet aussi d'effectuer un meilleur suivi des pathologiesmorphologiques des patients
The proposed study deals with the adaptation of an optical method to themeasurement of large objects at a low working distance. The optical method used is thefringe projection technique allowing the study of large objects. At first, experimental trials hasbeen used to evaluate the accuracy of the actual development combining the phase shiftingmethod using a Fourier transform and the gray code technique.When the errors have been quantified and their origins determined, the developmentof a calibration procedure and new associated equations have been chosen. The newcalibration is based on polynomial interpolation of points defining a volume of largedimensions. A tested object was designed specifically for this calibration procedure. Toestimate the calibration error, a systematic study of polynomials cases is performed. Thehighest degree of those cases varies from 1 to 4. This approach allows the determination theoptimal polynomial degree to be used. In the best case, the estimation of the error allows theevaluation of the calibration accuracy of about 1 mm for an object of 2 m large, measured ata distance of 2 m.The method has been subsequently applied, in an industrial setting, to the study offloats and in a medical setting to the study of the relief of the abdominal wall. From a medicalpoint of view, this method gives a rapid and easy access to the topology of human body. Itallows a better follow-up of the patient pathology

La conception et la fabrication de pièces mécaniques génèrent de nombreuses données de différents types. Ces données définissent, entre autres: les géométries de conception et de fabrication ainsi que la gamme de fabrication. Pour la production, il est nécessaire de pouvoir traiter non seulement ces données de conception et de fabrication, mais également les données issues de l'inspection dimensionnelle et géométrique, afin de s'assurer de la conformité des pièces produites. Il est souhaitable que les informations partagées entre les différents systèmes soient directement compréhensibles par tous les acteurs de l'entreprise. Ce mémoire de maîtrise présente l'enrichissement d'un modèle d'information intégré pour les dossiers de fabrication de pièces mécaniques, afin d'y inclure les aspects de l'inspection dimensionnelle et géométrique. Ce travail d'approfondissement vise particulièrement la définition précise des entités décrivant la géométrie réelle et de leurs relations avec la géométrie nominale. Parmi les entités du modèle, on trouve: la spécification géométrique à inspecter, le choix des surfaces à palper et des surfaces de référence, les coordonnées nominales des points à palper, les coordonnées réelles des points palpés obtenus lors de l'étape de palpage, les algorithmes choisis pour calculer les surfaces reconstruites, les surfaces reconstruites obtenues après calculs, le respect (ou non) de la spécification établie par le concepteur. Notre modèle intégré prend en considération l'architecture à haut et à bas niveau de l'inspection dimensionnelle et se base sur une approche déclarative de la métrologie de coordonnées. Le modèle proposé repose sur la norme d'échange STEP et est présenté dans le langage de modélisation EXPRESS-G. Afin d'illustrer l'utilisation de notre modèle pour l'inspection, nous avons appliqué ce modèle sur une pièce mécanique réelle, pour laquelle ont été vérifiées une tolérance géométrique de localisation et une tolérance dimensionnelle. L'utilisation de ce modèle offre trois avantages principaux: - Présenter les données sous une forme structurée afin de prévenir leur redondance et leur incohérence; - Faciliter le partage des données échangées entre diverses applications et divers logiciels: conception, génération de gammes, fabrication, inspection dimensionnelle et géométrique; - Assister dans la génération et la validation des gammes étudiées. Le modèle constitue un élément de réponse aux besoins exprimés par les des industriels quant aux gammes d'inspection.

Thèse (M. Ing.)--École de technologie supérieure, Montréal, 2004.
"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [117]-119. Également disponible en version électronique.

L'approche statistique de l'association des surfaces nous permet aujourd'hui, à un risque donné, d'identifier les paramètres des surfaces usuelles. Le moment d'ordre 2 est un indicateur de qualité de l'estimation des paramètres et est homogène à une variance. Cette approche ouvre des perspectives intéressantes en ce qui concerne la propagation des incertitudes. Nous avons mis en place une méthode qui doit s'appliquer à l'ensemble des spécifications de la norme ISO 1101 sans modificateur. La loi de propagation du GUM a été réécrite pour des grandeurs vectorielles. La méthode de propagation généralisée est appliquée à des cas simples qui ont la particularité de mettre en évidence la complexité de la méthode. Celle-ci nécessite un assemblage matriciel qui a pour objectif de ne retenir que les parties fonctionnelles des matrices de covariance et des matrices jacobiennes, en fonction de l'opération géométrique réalisée
The statistical approach of the association of surfaces allows us today, at a given risk, to identify the parameters of usual surfaces. The moment of order 2 is a quality indicator of the estimated parameters and is homogeneous with a variance. This approach opens interesting prospects with regard to the propagation of uncertainties. We set up a method, which must apply to the whole of the specifications of the standard ISO 1101 without modifier. The law of propagation of the GUM was rewritten for vector quantities. The method of generalized propagation is applied to simple cases, which have the characteristic to highlight the complexity of the method. This one requires a matric assembly, which aims to retain only the functional parts of the covariance matrix and the jacobian matrices according to the geometrical operation carried out

L'inspection dimensionnelle, qui consiste à vérifier la conformité géométrique des pièces vis-à-vis des spécifications, est une étape essentielle dans le cycle de vie des produits. Elle s’appuie de plus en plus sur la mesure multi-capteurs qui permet un gain de temps certain. Néanmoins, le gain de temps n'a de sens que si la qualité des résultats respecte le besoin métrologique. En effet, la mise en œuvre combinée de capteurs de technologie et de caractéristiques différentes engendre un certain nombre de problèmes qui affectent directement la qualité de la mesure. Dans ce travail, une approche d'inspection automatique utilisant un scanner combinant un capteur à contact avec un capteur laser-plan monté sur une MMT est proposée. Cette approche cherche à utiliser au mieux les capacités de chacun des capteurs, en privilégiant la mesure avec le capteur laser-plan dès lors que la qualité requise est obtenue pour un gain de temps. L’approche consiste à définir une séquence d’opérations de mesure de surfaces qui portent des spécifications, appelées entités d’inspection.Partant d'un ensemble d'orientations du scanner, la séquence d'opérations est établie pour chaque orientation par évaluation de l'aptitude du capteur laser puis celle du palpeur à mesurer les surfaces avec la qualité nécessaire. La gamme d'inspection est complétée par la définition optimale de la trajectoire du capteur laser-plan et celle du palpeur pour chaque orientation. La trajectoire finale exécutée sur machine MMT est obtenue par transformation et assemblage des deux trajectoires. À l'issue de l'exécution, la mesure avec les deux capteurs conduit à deux nuages de points hétérogènes qu’il convient de traiter avant l’évaluation finale des spécifications
Dimensional inspection, which consists in verifying the geometric conformity of parts in terms of specifications, is an essential step in the product life cycle. Recently, dimensional inspection has been increasingly based on multi-sensor measurement that allows a significant time saving. However, time saving is only meaningful if the quality of the results respects the metrological requirements. Indeed, the combined use of sensors of different technologies and characteristics generates issues that affect the measurement quality. In this work, an automatic inspection approach using a scanner combining a contact sensor with a laser-plane sensor mounted on a CMM is proposed. This approach aims to best use the abilities of each of the sensors, giving priority to measurement with the laser-plan sensor as soon as the required quality is obtained for time saving. The approach consists in defining a sequence of surface measurement operations that have specifications, called inspection features.Starting from a set of scanner orientations, the sequence of operations is established for each orientation by evaluating the ability of the laser sensor and then that of the probe to measure surfaces with the required quality. The inspection plan is completed by the optimal definition of the laser-plane sensor path and the probe path for each orientation. The final path executed on the CMM machine is obtained by transforming and assembling the two paths. At the end of the execution, the measurement with the two sensors leads to two heterogeneous point clouds that must be processed before the final evaluation of the specifications

Le développement des mécanismes parallèles reste limité par leur précision. La détermination des paramètres géométriques décrivant au mieux le mécanisme permet de l'améliorer. Cette identification géométrique est envisagée dans ce document en s'appuyant sur la vision. Deux approches sont développées : la première repose sur l'observation de l'effectueur et la seconde sur celle des chaînes cinématiques. Dans le premier cas, une analyse des performances de l'outil de métrologie par vision est réalisée, qui permet une définition de l'expérimentation prenant en compte le comportement du capteur et du mécanisme. L'influence de l'implantation du capteur sur l'identifiabilité des paramètres est aussi analysée. L'identification par observation des chaînes cinématiques, approche novatrice, est développée sur le plan méthodologique pour pouvoir être appliquée à plusieurs familles de mécanismes. Les deux approches sont validées par des expérimentations sur trois mécanismes parallèle

Depuis l’agora athénienne, les sociétés politiques n’ont eu de cesse d’améliorer les protocoles techniques qui régissent la compétition électorale. Culture du numérique aidant, ce souci de performance mène progressivement à l’informatisation du geste électoral. En France, c’est en 2003 que les machines à voter ont fait leur entrée, certes discrète, mais officielle dans certains bureaux de vote. Réponse technique à une injonction de rapidité et de rentabilité, l’urne électronique enregistre, comptabilise et dépouille les voix, satisfaisant ainsi l’idéal de rationalisation des procédures électorales. Pourtant cet instrument électoral n’est pas sans provoquer désaveux et montée des mouvements anti-vote électronique. Partant de là, ce travail de recherche s’adosse à une hypothèse centrale : l’usage du vote électronique engendre une nouvelle scénographie électorale en constante négociation à travers les rapports de force partisans. Dit autrement, la façon dont est mis en scène le rituel électoral est dépendant de la technologie adoptée mais c’est surtout le résultat de la concurrence entre les acteurs pour l’imposition d’un procédé électoral normatif
Since the Athenian agora, political societies have constantly tried to improve technical protocols around electoral competition. As a result of digital culture, this concern for performance gradually leads to the digitalisation of the electoral gesture. In France, it was in 2003 that the voting machines made their entry, discreetly, but officially in some polling stations. As a technical response to an order for speed and rentability, the electronic ballot box records, counts and scrutinizes the votes, thus satisfying the ideal of rationalized electoral procedures. Nevertheless this electoral instrument has generated some disavowals and rise of the anti-electronic voting movements. From there, this research work is based on a central hypothesis: the use of electronic voting generates a new electoral scenography in constant negotiation through partisan balance of power. In other words, the way the electoral ritual is staged is dependent of the technology chosen, but it is mainly the result of the competition between actors for the imposition of a normative electoral process

La plupart des Gestes Médicaux-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur (G.M.C.A.O.) nécessitent l'utilisation d'un localisateur en six-dimensions. Il s'agit d'un système permettant de déterminer et de suivre la position et l'orientation de corps rigides constitués de marqueurs dans l'espace. De nombreux localisateurs ont été utilisés en chirurgie. Très peu de systèmes sont dédiés spécifiquement à la chirurgie ainsi ils ne répondent pas entièrement de façon satisfaisante aux contraintes du domaine. Nous présentons dans cette thèse, une approche originale de la localisation. A partir d'une étude des applications chirurgicales utilisant un localisateur, nous avons défini un ensemble de critères qualitatifs (encombrement, poids, forme) et quantitatifs en particulier sur la précision pour laquelle un protocole générique d'évaluation des localisateurs pour la chirurgie est proposé. Ces critères nous ont conduit à proposer une évolution des principaux systèmes utilisés aujourd'hui (les localisateurs optiques) afin de les rendre totalement adaptés aux besoins du domaine. En particulier, il est apparu que le coût, la précision et l'ergonomie globale des systèmes existants bien que satisfaisantes dans la plupart des cas étaient insuffisantes pour des applications exigeantes. Nous avons étudié et nous détaillons dans cette thèse deux prototypes permettant de répondre aux problèmes posés par le coût, la précision et surtout l'ergonomie. A partir de la base commune d'un localisateur par stéréovision passive repérant des marqueurs ponctuels, nous proposons une évolution originale basée sur la localisation et l'identification de marqueurs linéaires par le rapport de Thalès pour améliorer la visibilité des cibles. Enfin nous proposons deux concepts très innovants de localisation répondant à l'inconvénient majeur des systèmes optiques qui doivent avoir une ligne de vue entre les caméras et les marqueurs libre de tout obstacle.

L'accréditation des Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) est envisageable pour les engrenages à condition d'évaluer les incertitudes de mesures, les mesurandes étant parfaitement définis par la normalisation. Nos travaux s'appuient principalement sur la méthode de Monte Carlo et sur des techniques de permutations linéaires ou circulaires pour séparer les défauts et chiffrer les incertitudes de mesures associées, conformément au Guide pour l'expression des incertitudes de mesures (GUM). L'analyse de l'effet de la géométrie de la MMT sur la mesure d'une pièce de forme circulaire ou d'une roue dentée montre qu'il est impossible de caractériser complètement la géométrie de la MMT à partir d'une pièce supposée parfaite. Cependant, nous avons mis en place un concept de « défauts équivalents » propre à la géométrie de la machine et à la définition théorique de la pièce étudiée. Les systèmes de palpage utilisés ont été évalués afin de corriger les défauts systématiques identifiables et chiffrer les incertitudes associées. En prenant l'exemple d'un engrenage cylindrique droit, trois approches sont comparées : l'analyse des caractéristiques métrologiques de la MMT, la méthode de permutation et celle de comparaison. La méthode proposée permet de diminuer les incertitudes de mesures et peut être généralisée pour différentes applications. Nous proposons comme exemple l'étude des taux de pénétration et des volumes d'usure sur des explants de prothèses totales de hanches.

Le tolérancement géométrique défini par la normalisation est étudié de façon détaillée suivant une présentation structurée. Cette étude fait apparaître l'importance de la notion de surface théorique composée dans les spécifications géométriques fonctionnelles telles que les systèmes de références ou certains types de tolérancement tel que l'exigence du maximum de matière. Ces spécifications peuvent être vérifiées par les méthodes traditionnelles de contrôle au marbre et de contrôle par calibre. Les logiciels des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), ne permettent pas de construire, de façon conforme à la norme, les systèmes de références sur les surfaces palpées de la pièce, ni de reproduire les contrôles par calibre. Une nouvelle approche de la métrologie est proposée pour les logiciels de ces machines dont le premier objectif est de palier à ces limites. Suivant cette approche les spécifications sont contrôlées par le résultat de l'assemblage d'un "calibre virtuel" avec les surfaces palpées de la pièce. Ceci permet de contrôler directement les conditions fonctionnelles que doit remplir la pièce. Le calibre virtuel, défini par le métrologue grâce aux menus du logiciel, est une construction parfaite de plusieurs surfaces théoriques élémentaires, telles que des plans ou des cylindres, qui sont appelées "calibres élémentaires". Différentes propriétés peuvent être données aux calibres élémentaires leur permettant, par exemple, de "s'ajuster" aux surfaces palpées. Ces propriétés permettent d'effectuer une multitude de contrôles et de mesures fonctionnels. Une maquette informatique implémentant ce modèle a été développée. L'utilisation de cette maquette est illustrée sur un exemple industriel et permet de montrer la simplicité et l'efficacité de l'approche proposée