Scanner 3D. Projet d étude promotion Projet d étude n 22. Noms des élèves : Jorge De Almeida. Héloïse Chalot. Guilherme Dantas.

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1 Projet d étude promotion 2015 Projet d étude n 22 I Noms des élèves : Jorge De Almeida Héloïse Chalot Guilherme Dantas Nicolas Papernot Pablo Ugalde Commanditaire et tuteur scientifique : Fabien Mieyeville Conseiller en communication : Julien Guibourdenche Conseiller en gestion de projet : Clotilde Minfray Département d accueil : EEA et Fablab IDEA Date du rapport : Juin 2013 Scanner 3D

2 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) Sommaire I. Introduction... 6 I.A. Contexte... 7 I.A.1. Le concept des FabLabs dans le monde I.A.2. Le FabLab IDEA... 7 I.A.3. L équipe... 7 I.B. Problématique... 8 I.C. Etat de l art des scanner 3D... 8 I.C.1. Projet utilisant la Kinect... 8 I.C.2. Projet du FabLab d Aix-la-Chapelle... 9 I.C.3. Projet de l ENSCI I.C.4. Conclusion sur la comparaison des projets I.D. Cahier des charges II. Méthodologie II.A. Informatique II.A.1. La plateforme Processing II.A.2. Le principe d une numérisation II.A.3. Le code Processing de notre scanner 3D II.B. Mécanique II.B.1. Conception II.B.1.a) La modélisation II.B.1.b) Le choix du matériel II.B.2. Découpe du bois II.B.3. Assemblage II.B.4. Améliorations mécaniques apportées II.C. Electrique II.C.1. La plateforme Arduino II.C.1.a) Présentation II.C.1.b) Matériel II.C.1.c) Le logiciel II.C.2. La mise en mouvement du scanner II.C.3. La lentille proximètre III. Résultats et approfondissement III.A. Résultats III.B. Approfondissement IV. Conclusion V. Annexes V.A. Plans fournis par l ENSCI V.B. Liste de matériel fournie V.C. Liste de matériel de notre projet V.D. Machine à découpe laser Trotec Speedy V.E. Gear Template Generator V.F. Plateforme Arduino V.F.1. Contrôleur Arduino V.F.2. IDE Arduino V.G. Fonctionnement d un compilateur V.H. Codes V.H.1. Arduino V.H.2. Processing VI. Bibliographie P a g e

3 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) 3 P a g e

4 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) Table des figures Figure 1 : Logo du programme Yin Yang (ECL & EM, 2013)... 7 Figure 2 : Capteur de la Kinect (Microsoft)... 8 Figure 3 : Le projet du FabLab d'aix-la-chapelle (FabLab of RWTH Aachen University, 2013)... 9 Figure 4 : Fabrication du projet du FabLab d'aix-la-chapelle (FabLab of RWTH Aachen University, 2013) Figure 5 : Protocole de communication dans Processing Figure 6 : Emplacement de la plateforme sur le scanner 3D Figure 7 : Nuage de points (Lebecel, 2013) Figure 8 : Vue en perspective éclatée (ENSCI, 2011) Figure 9 : Vue de la modélisation 3D du scanner Figure 10 : Plans de découpe du scanner 3D (1 de 2) Figure 11 : Plans de découpe du scanner 3D (2 de 2) Figure 12 : Plan de découpe de la base Figure 13 : Vue latérale de la base Figure 14 : Brulure d'une plaque de bois lors de la découpe Figure 15 : Etapes d'assemblage du scanner Figure 16 : Pignon découpé au laser Figure 17 : Roulements utilisés sur le scanner Figure 18 : Défonceuse à bois (ENSCI, 2011) Figure 19 : Carte Arduino (Banzi, 2009) Figure 20 : Moteur utilisé sur notre scanner Figure 21 : Rotations des moteurs (ENSCI, 2011) Figure 22 : Carte Pololu Figure 23 : Branchements des moteurs Figure 24 : Courbe d'étalonnage de la lentille proximètre Figure 25 : Scanner dans l'état actuel Figure 26 : Vues en éclaté (ENSCI, 2011) Figure 27 : Cotations du scanner (ENSCI, 2011) Figure 28 : Trotec Speedy Figure 29 : Logiciel JobControl X Figure 30 : Exemple de pignon sur courroie (Woodgears, 2013) Figure 31 : Schéma d'une carte Arduino (Banzi, 2009) Figure 32 : IDE Arduino P a g e

5 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) 5 P a g e

6 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) I. Introduction Le projet d étude du scanner 3D s inscrit dans un contexte particulier qui est celui du Fabrication Laboratory (FabLab) et de la philosophie entrepreneuriale qui lui est associée. En effet, ce laboratoire a pour but de promouvoir la création personnelle de prototypes divers. Les utilisateurs ont pour cela à leur disposition des outils technologiques, parmi lesquels il y a une imprimante 3D. Notre projet a pour but d implémenter un scanner 3D, c est-à-dire un appareil capable de numériser tout objet en trois dimensions et ce, de manière informatisée. Pour cela, l approche qui a été retenue a été de s appuyer sur le travail réalisé par un autre FabLab pour construire un scanner. C est pourquoi la problématique de ce projet est : «Comment concevoir, construire et améliorer un scanner 3D en s appuyant sur un modèle existant?». Notre scanner devra satisfaire certaines exigences dont les deux principales sont que l utilisateur doit intervenir le moins possible lors du processus de numérisation et que le scanner doit être capable de numériser des objets dont l ordre de grandeur est 20cm. Pour répondre à ces exigences, nous avons commencé par constituer un état de l art des technologies actuellement développées afin de choisir un modèle sur lequel baser le projet. Un cahier des charges plus précis en a été dégagé avant de passer à la phase de conception, c est-à-dire le choix du matériel et de la méthodologie à appliquer pour parvenir à adapter la construction du scanner retenu. La phase de montage a découlée de ce travail de conception. Enfin, la dernière phase consistera à tester le scanner et à améliorer le rendu des numérisations. 6 P a g e

7 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) I.A. Contexte I.A.1. Le concept des FabLabs dans le monde. Notre projet s inscrit dans une logique particulière qui est celle des FabLabs. Ces laboratoires sont ouverts au public, open-source, et sont réunis dans un réseau mondial très actif. Il s agit d ateliers mettant à disposition des utilisateurs des machines à outils pilotés par ordinateurs qui permettent de concevoir, fabriquer et modifier efficacement des objets de toutes natures. Le concept de FabLab a été introduit par le Massachusetts Institute of Technology à la fin des années L objectif était de rendre une communauté pluridisciplinaire plus créative et productive en lui donnant accès à un niveau local à des technologies de pointe. Les philosophies mises en avant sont celles du Do It Yourself, Do It With Others, Learning By Doing. Les FabLabs s appuient sur une communauté mondiale qui collabore en partageant de manière ouverte ses projets. A l aide des technologies numériques, un objet construit dans un FabLab peut être aisément fabriqué à nouveau dans un autre FabLab puis dans un second temps amélioré. La technologie et les outils techniques mis à disposition se doivent d être faciles d utilisation, afin de permettre leur utilisation par des non-spécialistes. Le logiciel libre a été la première étape de cette démarche, qui est maintenant complétée par l utilisation de matériels dits libres tels que la plateforme Arduino 1. I.A.2. Le FabLab IDEA L Ecole Centrale de Lyon en partenariat avec l EM Lyon a ouvert un FabLab. Ce projet fait partie du programme Yin-Yang visant à rapprocher les deux Ecoles pour former un pôle dynamique d éducation et de recherche. Le FabLab IDEA est entièrement à vocation pédagogique. Il est en effet au cœur de la formation MSc in IDEA dont les mots clés sont Innovation, Design, Entrepreneuriat et Arts. De nombreuses passerelles avec les laboratoires de recherche de l Ecole Centrale de Lyon et de l EM Lyon permettent d intégrer l innovation et la recherche dans l approche spécifique qui est celle du FabLab. Le FabLab situé sur le campus d Ecully possède déjà de nombreux outils, dont une imprimante 3D. Notre projet a pour but de compléter ce dispositif en construisant et implémentant un scanner 3D au FabLab. Figure 1 : Logo du programme Yin Yang (ECL & EM, 2013) I.A.3. L équipe Nous étions cinq étudiants à travailler sur ce projet au début de l année universitaire. L un d entre nous, Pablo Ugalde, est rentré au Chili après avoir terminé son semestre d échange fin janvier. Nous sommes donc actuellement quatre étudiants de l Ecole Centrale à contribuer au projet. 1 Cf. paragraphe II.C.1 7 P a g e

8 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) Héloïse Chalot Jorge de Almeida Guilherme Dantas Tableau 1 : Trombinoscope Nicolas Papernot Pablo Ugalde I.B. Problématique Nous voulons trouver un modèle de scanner 3D qui convienne au cahier des charges, imposé par le FabLab, en produire un exemplaire fonctionnel puis chercher à l améliorer. Pour l étape de production, il faut veiller à adapter sa fabrication aux outils mis à notre disposition. En effet, chaque FabLab évolue indépendamment et tous les FabLab ne disposent pas des mêmes outils. Ainsi, ce projet requière un travail de recherche, un travail de conception afin de s adapter aux moyens de fabrication, et un travail d innovation et de réflexion pour tenter d améliorer le système. I.C. Etat de l art des scanner 3D Afin de disposer de bases pour l élaboration de notre propre scanner 3D, nous avons commencé par étudier les solutions techniques déjà mises en place en établissant un état de l art. Nous avons retenu trois projets à comparer : le premier d entre eux utilise une Kinect, le deuxième est proposé par un autre FabLab situé à Aix-la-Chapelle, et le troisième est proposé par le FabLab de l ENSCI. I.C.1. Projet utilisant la Kinect Ce premier projet utilise le capteur de la Kinect pour réaliser l acquisition des images de l objet. La Kinect (Figure 2) est un appareil de capture de mouvement développé par Microsoft pour les jeux vidéo. L appareil utilise une caméra et des rayons infrarouges pour faire ses mesures. Figure 2 : Capteur de la Kinect (Microsoft) L image est ensuite transmise à l ordinateur qui va en déduire les distances entre certains points situés à la surface de l objet et le capteur Kinect. La modélisation 3D est alors reconstituée à partir de ces données grâce à un logiciel spécialisé. Ce projet exploite largement une technologie déjà existante pour la partie acquisition du scanner. La principale phase de développement du projet est donc de traiter informatiquement les données issues de la Kinect pour reconstituer la numérisation de l objet. 8 P a g e

9 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) Du fait de la présence de documentation en ligne concernant la réalisation technique et la programmation, le projet est assez facile à implémenter. Cependant, il y a par conséquent très peu de possibilité de développement et de création propre permettant de compléter le projet. En outre, pour actionner ce scanner il faut faire circuler la Kinect tout autour de l objet. Les vidéos (Augmented Vision, DFKI, 2010) de présentation de ce modèle montrent une personne manipulant la Kinect tout autour de l objet à scanner. Ce critère va à l encontre de l une des principales exigences du projet qui est que l utilisateur doit intervenir le moins possible lors du processus de numérisation. Ce modèle constitue donc une réponse partielle aux attentes de notre projet : il est peu couteux (car l unique matériel nécessaire est la Kinect) et il permet de numériser des objets de grande taille. Les points faibles de ce projet est qu il nécessite une forte intervention de l utilisateur lors de la numérisation, et qu il nous laisse peu de marge pour des contributions personnelles. I.C.2. Projet du FabLab d Aix-la-Chapelle Figure 3 : Le projet du FabLab d'aix-la-chapelle (FabLab of RWTH Aachen University, 2013) Ce modèle de scanner 3D a été proposé et réalisé par Francis Engelmann 2 pour le Fablab d Aix-la- Chapelle (FabLab of RWTH Aachen University, 2013). Le principe du modèle repose sur le traitement des images obtenues par une caméra lors du passage d un laser sur la surface d un objet qui effectue une rotation de francis.engelmann@rwth-aachen.de 9 P a g e

10 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) Figure 4 : Fabrication du projet du FabLab d'aix-la-chapelle (FabLab of RWTH Aachen University, 2013) Pour ce projet il faut fabriquer un support pour le pointeur laser et pour la camera ainsi qu un support rotatif pour l objet à scanner. Il faut aussi construire une structure externe afin de limiter les interférences de la lumière ambiante dans la prise d image. Ce projet a l avantage d avoir une implémentation relativement simple puisque la fabrication et la programmation sont détaillées sur le site web 3. En effet, des instructions sont données et une programmation est disponible sur le site en langage assembleur. Ce scanner 3D est réalisable simplement et rapidement, et cela à un coût tout à fait raisonnable pour notre budget. Il est possible d agrandir sa structure pour l adapter à des objets plus volumineux. Il correspond donc bien à ce que nous cherchons à réaliser. Cependant, il possède le désavantage net d être programmé en langage assembleur, qui est un langage de programmation de bas niveau donc très peu accessible ce qui rend la mise en place informatique difficile et peu modifiable pour correspondre à notre projet P a g e

11 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) I.C.3. Projet de l ENSCI Figure 5 : Scanner 3D de l'ensci (ENSCI, 2011) Ce projet, réalisé par l ENSCI 4, utilise une lentille proximètre en rotation autour de l objet à scanner. La lentille permet d évaluer la distance qui sépare le capteur et la surface de l objet. Elle se déplace entre chaque mesure afin d obtenir, en fin de processus, un nuage de points régulièrement espacés sur toute la surface de l objet. Figure 6 : Modélisation 3D du principe de fonctionnement du scanner (ENSCI, 2011) 4 Ecole Nationale Supérieure de Création Industrielle 11 P a g e

12 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) On voit sur la Figure 6 la lentille proximètre qui est en rotation autour de l objet et fixée sur la structure en forme de cercle. L'étape suivante consiste à traiter le nuage de points obtenu. Une interpolation polynomiale permet de les relier et d obtenir un réseau de courbes. A l aide de ce réseau, on peut ensuite tracer la surface externe et on obtient ainsi le profil 3D de l objet. Figure 7 : Interpolation polynomiale du nuage de points obtenu avec le scanner (ENSCI, 2011) La mise en place du scanner 3D est détaillée sur le site web 5, elle se décompose en trois grandes parties : la fabrication du support en bois, la mise en place du circuit électrique et l implémentation du système de commande des moteurs et du traitement des données. De nombreux détails sont donnés sur le site, notamment en ce qui concerne les codes Arduino et Processing permettant la transmission et le traitement des données lues par la lentille. Cependant ce projet implique de nombreux achats de matériel, son coût dépasse légèrement notre budget initial de 300. Mais notre commanditaire, le FabLab, accepterais de nous fournir d avantage de fonds pour la réalisation du projet. Ce projet se place donc une gamme de prix acceptable. En outre, il a l avantage de s inscrire pleinement dans la logique du FabLab et donc celle de notre projet d étude. I.C.4. Conclusion sur la comparaison des projets Le premier projet nécessitant une intervention active de l utilisateur et ne nous permettant pas de travailler dans des domaines variés, et le deuxième étant difficile à mettre en place au niveau informatique, nous avons décidé de partir sur le troisième projet : le scanner fabriqué par le FabLab de l ENSCI. Nous disposons donc d un schéma de fabrication ainsi que des programmes informatiques permettant le contrôle des moteurs du scanner et le traitement des données par l ordinateur. Cet état de l art nous a permis d affiner le cahier des charges pour notre projet. I.D. Cahier des charges Nous avons choisi le projet qui nous sert de base à notre scanner 3D. Il faut maintenant que nous précisions toutes les fonctions que doit remplir ce scanner ainsi que les contraintes qu il doit respecter. Nous avons établi un cahier des charges à l aide des différentes observations réalisées lors de la comparaison des différents projets mais aussi en analysant les besoins exprimés par le FabLab. Fonction principale Le scanner 3D doit détecter un objet et en générer une image 3D numérisée. Fonctions complémentaires P a g e

13 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Introduction) Le scanner doit : Etre capable de détecter les creux à la surface des objets Numériser tout l objet sans avoir à déplacer ce dernier Avoir un fonctionnement stable et rapide tout en restant précis Contraintes L interface entre l utilisateur, le scanner et le logiciel doit être aussi simple et intuitive que possible Le temps de transmission entre la camera et l image doit être minimal Le prix du projet doit être inferieur dans la mesure du possible à 300 euros Le scanner doit pouvoir scanner des objets de dimension 20cmx20cm Le cahier des charges nous sert de support durant toute la durée du projet, il permet de définir et de garder en tête les objectifs du projet tout au long de son évolution. Les décisions de modification de constructions sont toutes faites en respectant le cahier des charges. 13 P a g e

14 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) II. Méthodologie Le projet se décompose en trois grandes parties qui correspondent aux différents systèmes qui composent le scanner. D une part, la partie informatique qui fait le lien entre le scanner et son interface : elle englobe le processus de traitement des données afin de créer le produit final qui est le modèle 3D de l objet. D autre part, la partie mécanique : elle représente la fabrication de l ensemble de la structure en bois, et ce, en prenant en compte les mouvements de rotations lors de son fonctionnement. Enfin, la partie électrique consiste en l installation d un circuit électrique pour relier les moteurs et la commande de ces moteurs grâce à un circuit électronique. II.A. Informatique Nous allons présenter le programme informatique qui contrôle le processus de numérisation puis nous nous intéresserons au traitement des données collectées par le scanner. II.A.1. La plateforme Processing Processing est à la fois un langage de programmation multimédia et un environnement de développement. Il est tout particulièrement adapté à la création graphique interactive car il permet de générer des œuvres multimédia sur ordinateur en utilisant du code informatique. Le logiciel est basé sur la plate-forme Java, et peut donc fonctionner sur de nombreux systèmes d exploitation (Windows, Macintosh, Linux). Les programmes réalisés avec Processing peuvent être lus par les navigateurs internet équipés du plug-in java ou par des applications indépendantes. La syntaxe du langage facilite la mise en œuvre des programmes. Processing permet entre autres de programmer des circuits électroniques qui interagissent avec le milieu qui les entoure. Connectés à des capteurs (sonores, thermiques, ) via des circuits électroniques peu coûteux, le langage Processing peut générer des images, actionner un bras articulé, envoyer des messages sur Internet... en fonction du programme créé. C est cet aspect interactif du langage qui nous intéresse particulièrement dans le cadre de notre projet d études. Processing fédère une forte communauté d'utilisateurs professionnels et amateurs : artistes, graphistes, typographes, architectes, designers. Ses fonctionnalités sont adaptées aux besoins de notre projet car elles permettent notamment de générer des images 2D et 3D à partir de données extraites d une interface de ports d'entrées-sorties. Les données acquises par la lentille de notre scanner sont transmises au programme en Processing qui va ensuite les traiter pour générer l image 3D. II.A.2. Le principe d une numérisation Détaillons les différentes étapes qui permettent la numérisation d un objet. L objet est placé sur la plateforme circulaire au centre du dispositif 6. Cette plateforme et le grand anneau qui entoure le scanner sont tous deux en rotation. Une lentille proximètre 7 va ainsi pouvoir mesurer les distances entre un ensemble de points à la surface de l objet et le grand anneau. La 6 La plateforme est marquée par une croix sur la Figure 9 La lentille proximètre est un télémètre qui mesure les distances à l aide d ondes infra-rouges. Elle est présentée plus bas dans la partie électrique. 14 P a g e

15 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) lentille est reliée à l ordinateur via une carte Arduino 8. Une fois la valeur de la lentille reçue par le logiciel Processing, celui-ci envoie une nouvelle position au moteur. Le protocole de communication suivi pour cela est présenté dans la Figure 8 (pour le code Processing entier, voir annexe V.H.2). Figure 8 : Protocole de communication dans Processing La lentille va ainsi transmettre pour chaque point une valeur. L acquisition s arrête quand la surface de l objet a été entièrement balayée, c est-à-dire lorsque la plateforme a effectué une rotation de 360. Figure 9 : Emplacement de la plateforme sur le scanner 3D Le programme Processing a ainsi reçu une série de mesures associées à un système de coordonnées bien défini. Il peut ainsi reconstituer un nuage de point. L ensemble de ces points sont situés à la surface de l objet. On peut ensuite obtenir par interpolation l ensemble de la surface. Le nuage de point après acquisition présenté sur la Figure 10 est issu de la vidéo de présentation de l ENSCI (Lebecel, 2013). Cf. paragraphe II.C.1 15 P a g e

16 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 10 : Nuage de points (Lebecel, 2013) II.A.3. Le code Processing de notre scanner 3D Le code utilisé par notre scanner 3D est structuré de la manière suivante. Les premières lignes permettent de déclarer et initialiser un certain nombre de paramètres de la numérisation : le nombre de pas lors de la rotation (pour la plateforme et pour la lentille), le pas qui marque la fin d une rotation, etc Le programme sélectionne ensuite le port de communication avec la plateforme Arduino (qui contrôle les rotations, cf. infra). Il commence alors à donner des instructions aux moteurs pour effectuer les deux rotations par pas successifs. Ce mouvement sera détaillé plus bas. A chaque pas, le programme récupère la valeur lue par la lentille. Il calcule la position exacte du point en le repérant dans l espace par des coordonnées de type sphérique. Il stocke l ensemble des points dans une matrice. Cette matrice sert de base au dessin qui permet la représentation de l objet numérisé en 3D. Ainsi, la plateforme Processing est utilisée pour permettre le traitement des données que collecte le scanner 3D. Nous avons vu que pour cela, elle travaille en étroite collaboration avec la plateforme Arduino 9 qui contrôle le mouvement des moteurs. C est pourquoi nous allons présenter le fonctionnement de cette plateforme Arduino après avoir détaillé la structure mécanique du scanner qui est requise pour comprendre les rotations effectuées par les moteurs. II.B. Mécanique Dans cette partie, nous présenterons l ensemble du processus de fabrication qui nous a permis d obtenir la structure finale de notre scanner. Ce processus se divise en trois étapes : la conception du montage, la découpe du bois puis l assemblage. II.B.1. Conception La conception est une étape indispensable avant tout projet de construction : lors de la phase de conception il faut définir les méthodes de fabrication et d assemblage des pièces en prenant en comptes la faisabilité du montage, son ordre chronologique et en vérifiant la bonne interaction des pièces entre elles. Cf. paragraphe II.C.1 16 P a g e

17 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Pour cela, nous nous sommes appuyés sur la documentation fournies par l ENSCI (ENSCI, 2011). En effet, plusieurs vues éclatés du prototype et un plan avec des cotations sont disponibles sur le site. Une de ces vues est présentée sur la Figure 11, les autres sont disponibles en annexe V.A. Dans notre projet, les soucis d adaptation dans la conception concernent particulièrement la structure du scanner. Il a fallu repenser plusieurs éléments de la structure et trouver des solutions de montage alternatives. Figure 11 : Vue en perspective éclatée (ENSCI, 2011) II.B.1.a) La modélisation Nous avons utilisé le logiciel AutoCAD pour réaliser une modélisation 3D du scanner. AutoCAD est un logiciel de dessin assisté par ordinateur (Computer Assisted Drawing). L intérêt de cette modélisation est de vérifier qu en dimensionnant chaque pièce séparément, l assemblage de l ensemble des composants est possible. Cela nous permet également d obtenir différentes vues du produit final, dont une est présentée en Figure P a g e

18 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 12 : Vue de la modélisation 3D du scanner II.B.1.b) Le choix du matériel Nous avons constitué une première liste de matériel grâce à la liste indicatrice fournie par l ENSCI (cf. annexe V.B). Afin de réduire les dépenses et les chutes de bois de toutes tailles, nous avons ensuite décidé d utiliser du bois d épaisseur 10mm sur toute la structure excepté pour les tasseaux qui supportent la plateforme centrale. Ainsi, pour obtenir la même épaisseur de base, la planche d épaisseur 40mm a été remplacée par quatre planches vissées ensemble. II.B.2. Découpe du bois La première étape est la découpe du bois. Nous avons pour cela utilisé une machine à découpe laser disponible au FabLab (cf. annexe V.D). A l aide des plans fournis par l ENSCI (cf. paragraphe précédent et annexe V.A) et des caractéristiques du matériel acheté (cf. annexe V.C), nous avons réalisé des plans de découpe au format vectoriel en utilisant le logiciel Adobe InDesign CS6. Les propriétés des traits utilisés (couleur, épaisseur) permettent à l outil de découpe de savoir quelle opération doit être effectuée : découpe, gravure, etc. Par exemple pour effectuer une découpe, on utilise un trait rouge et une épaisseur de 0.026mm. Les Figure 13 et Figure 14 présentent l ensemble des structures à découper. 18 P a g e

19 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 13 : Plans de découpe du scanner 3D (1 de 2) On trouve sur la gauche et la droite de cette figure les deux supports verticaux du grand anneau. Entre ces deux supports se trouvent la plateforme circulaire sur laquelle sera placé l objet le support de cette plateforme le grand anneau qui supportera la lentille La taille des structures à découper est importante (50cm environ), il faut donc prendre cela en compte lors de la planification de la découpe et le choix de la machine de découpe. Figure 14 : Plans de découpe du scanner 3D (2 de 2) Le carré à gauche constitue le haut de la base. On y retrouve quatre trous carrés permettant de fixer les pieds de la plateforme directement dans la base de la structure. Le carré à droite se place en 19 P a g e

20 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) dessous du précédent. Pour constituer l épaisseur de la base et avoir une profondeur suffisante pour fixer les tasseaux, deux carrés présentés à gauche sur la figure ont été superposés à deux carrés présentés sur la droite. Figure 15 : Plan de découpe de la base Cette dernière figure a été dessinée en cours de montage pour améliorer la stabilité du grand anneau vertical. On y retrouve deux crans rectangulaires (cf. Figure 15) pour insérer les bases des anneaux verticaux. Nous l avons placé au-dessus des deux types de carrés présentés précédemment. Des fentes ont été rajoutées par rapports aux carrés précédents afin de pourvoir y glisser et coller les bases des anneaux verticaux. Figure 16 : Vue latérale de la base Après avoir découpé l ensemble des structures, un ponçage permet de nettoyer les brulures causées par la découpe. L origine et l importance de ces brulures sont variables. Cependant, l état de propreté de la lentille ainsi que l utilisation d une lentille adaptée au matériau découpé ont une grande 20 P a g e

21 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) influence sur la qualité de coupe. On constate ainsi sur la Figure 17 que la lentille n est pas adaptée au matériau à travailler. Figure 17 : Brulure d'une plaque de bois lors de la découpe Une fois l ensemble de ces découpes terminées, il faut également scier quatre pieds pour la plateforme centrale dans un tasseau aux dimensions adaptées. La hauteur de ces pieds est importante car elle conditionne le bon positionnement de la plateforme. Celle-ci doit être positionnée au centre du grand anneau. Cela permet de simplifier le système de coordonnées utilisé pour repérer les points numérisés à la surface de l objet. II.B.3. Assemblage L assemblage se fait dans l ordre suivant : 1. Visser ensemble les plaques qui constituent la base 2. Placer et coller les pieds de la plateforme 3. Placer et coller les supports verticaux du grand anneau 4. Placer le grand anneau entre ces supports et le fixer à l aide des roulements. Les roulements utilisés sont ceux de la Figure Visser avec des vis à bois le support de la plateforme sur ses pieds 6. Placer la plateforme et la fixer à l aide des roulements Afin de transmettre le couple des moteurs sur la courroie, on utilise un pignon que nous avons découpé dans du plastique épais de 5mm. Pour cela, nous avons généré un plan vectoriel du pignon à l aide du logiciel Gear Template Generator (présenté en annexe V.E), puis nous l avons importé dans Adobe InDesign afin de l imprimer sur la machine à découper Trotec. Figure 18 : Etapes d'assemblage du scanner 21 P a g e

22 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 19 : Pignon découpé au laser II.B.4. Améliorations mécaniques apportées Nous avons procédé à quelques améliorations. Par exemple, l ajout de rondelles dans les roulements a permis de fluidifier la rotation du grand anneau. En effet, elles permettent de réduire grandement les frottements entre le bois et le métal. On aperçoit sur la Figure 20 (de droite à gauche) : une tête de vis, une rondelle, un roulement, l entretoise, un roulement, une rondelle, une tête de vis. Figure 20 : Roulements utilisés sur le scanner L ajout de plaques supplémentaires sur la partie supérieure de la base a permis d augmenter la stabilité des deux grands anneaux en augmentant la profondeur des trous prévus pour y enfoncer les supports de ces deux anneaux. Ces trous sont visibles sur la Figure 15, ils sont de forme rectangulaire et centrés horizontalement sur la base. Pour fixer les courroies sur la plateforme centrale et l anneau vertical il fallait créer un guide pour les roulements avec une défonceuse sur les plaques de bois. 22 P a g e

23 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 21 : Défonceuse à bois (ENSCI, 2011) Ne disposant pas d un tel outil, des surépaisseurs ont été rajoutées de chaque côté des éléments portant une courroie. Pour éviter un encombrement trop important, ces surépaisseurs ont été découpées dans du bois de plus faible épaisseur. L ajout d une surépaisseur en périphérie de la plateforme a également permis d améliorer nettement la fluidité de son glissement entre les roulements, en réduisant les frottements sur les deux roulements et sur l entretoise située entre eux. Avec surépaisseur Sans surépaisseur Tableau 2 : Comparaison de l'installation de la courroie avec et sans surépaisseur La structure mécanique du scanner s obtient donc par découpage de différents bois puis assemblage par vissage, collage, et à l aide de roulements assurant les liaisons mécaniques des deux rotations internes de la structure d ensemble. Nous allons par la suite aborder le contrôle de ces rotations grâce à la technologie Arduino. II.C. Electrique Nous allons à présent expliquer comment la structure présentée dans la partie précédente est mise en mouvement lors de la numérisation d un objet. 23 P a g e

24 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) II.C.1. La plateforme Arduino II.C.1.a) Présentation Arduino est une plateforme open-source d électronique programmée. Elle est basée sur un circuit imprimé doté d un microcontrôleur 10 capable d analyser et de produire des signaux. La plateforme est dotée d une interface de développement qui permet de transférer une série d instructions dans le microcontrôleur. La technologie Arduino peut être utilisée pour développer des objets interactifs ou interagir avec un logiciel tournant sur un ordinateur, par exemple avec la technologie Processing. La plateforme Arduino est ainsi particulièrement adaptée à la philosophie DIY 11 des FabLab en ce sens qu elle permet facilement de créer des prototypes interactifs et de les tester rapidement. La plateforme Arduino possède de nombreux avantages : Elle peut être utilisée sur plusieurs plateformes comme la plateforme Processing, car le logiciel Arduino est écrit en Java. L environnement de programmation est facile à utiliser. La syntaxe du langage est similaire à celle du langage Processing. Le logiciel Arduino est open-source, par conséquent il est facile à compléter pour en étendre ses capacités. De même, le matériel (la carte Arduino) est open-source, les schémas des modules sont publiés sous licence Creative Commons 12, ce qui permet aux concepteurs de circuits de les modifier pour optimiser le fonctionnement suivant leurs attentes. II.C.1.b) Matériel La carte Arduino est centrée autour d un microprocesseur, il s agit de la puce noire à 28 pattes. On trouve autour une multitude de composants permettant au microprocesseur d interagir avec l extérieur et l ordinateur : des entrées/sorties analogiques, digitales, un port permettant la connexion USB avec un ordinateur pour modifier le sketch (set d instructions) et alimenter la carte. La figure ci-dessous est une photo d une carte Arduino. 10 Un micro-contrôleur, c'est un processeur (un mini-ordinateur) de petite taille qui fournit des entrées et sorties analogiques et qui fonctionne selon le programme que l'on aura enregistré dessus. 11 Do It Yourself 12 Creative Commons est une organisation à but non lucratif qui a pour dessein de faciliter la diffusion et le partage des oeuvres tout en accompagnant les nouvelles pratiques de création à l ère numérique. ( 24 P a g e

25 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 22 : Carte Arduino (Banzi, 2009) Le matériel et la carte Arduino sont présentés plus en détail dans l annexe V.F. II.C.1.c) Le logiciel L environnement de développement (IDE) Arduino 13 permet de convertir des instructions constituant le sketch en langage C, qui est ensuite compilé dans un deuxième temps en un langage compréhensible par le microprocesseur. Pour qu'il puisse être exploité par la machine, le compilateur traduit le code source (ici en langage C), écrit dans un langage de haut niveau 14 d'abstraction, facilement compréhensible par l'humain (le sketch), vers un langage de plus bas niveau, un langage d'assemblage ou langage machine. II.C.2. La mise en mouvement du scanner Notre scanner est équipé de deux moteurs. Le premier contrôle la rotation de la plateforme sur laquelle est posé l objet à scanner tandis que le second contrôle les mouvements de la lentille montée sur le grand anneau extérieur. Figure 23 : Moteur utilisé sur notre scanner 13 L interface du logiciel est présentée dans l annexe V.F.2 de ce document. 14 Un langage de haut niveau permet de créer un programme sans connaître le fonctionnement de la machine qui l exécute. Au contraire, un langage de bas niveau manipule directement les composants de la machine et il est donc nécessaire de connaitre leur fonctionnement avant de pouvoir coder un algorithme. Il est donc beaucoup plus facile de coder dans un langage de haut niveau que de bas niveau. (Wikipedia, 2013) 25 P a g e

26 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) La lentille parcourt un demi-cercle au-dessus de l objet à chaque rotation de la plateforme sur laquelle est posé l objet. Pour cela le grand anneau entre en rotation, déplaçant ainsi la lentille qui effectue une série de mesures sur un angle de 180. Une fois cette série de mesure terminée, la plateforme sur laquelle est placé l objet va entrer en rotation brièvement pour tourner légèrement l objet. C est en suivant ce schéma de déplacement plusieurs fois que l on peut capter un ensemble de points suffisant pour générer notre image tridimensionnelle. Les deux dimensions de rotations sont visibles dans les figures ci-dessous : Figure 24 : Rotations des moteurs (ENSCI, 2011) Dans le cas du projet présenté par l ENSCI et dans notre cas, les moteurs sont des moteurs à aimants permanents. Cependant, il est important de noter que le type de moteurs que nous avons utilisé n est pas exactement le même que celui de l ENSCI. En effet, nos moteurs sont bipolaires alors que ceux du FabLab de l ENSCI sont unipolaires. Cela signifie qu au lieu d être constitué de bobines isolées, ils sont constitués de bobines associées par paires. Il en résulte que la commande des moteurs bipolaires est plus difficile. Nous les avons néanmoins choisis, malgré leur complexité, car ils permettent de disposer d un couple plus important, ce qui facilite le déplacement des parties mobiles de la structure. Cependant, comme la commande est différente, nous devrons adapter les algorithmes de l ENSCI. Moteur bipolaire Moteur unipolaire Détaillons à présent le contrôle de la rotation des moteurs. Nous utilisons tout d abord une carte de pilotage Pololu (cf. Figure 25) pour chaque moteur. Elle permet de faire l intermédiaire entre le moteur et la carte Arduino. 26 P a g e

27 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) Figure 25 : Carte Pololu Les deux cartes Pololu sont ensuite reliées à la carte Arduino, qui est elle-même reliée à l ordinateur, ainsi qu à une alimentation extérieure de 12V. Cette alimentation externe a été une source de ralentissements pour notre projet car nous disposions en premier temps d une alimentation trop faible en amplitude de tension (5V) qui ne fournissait pas assez de puissance aux moteurs. Elle ne permettait donc pas le bon fonctionnement de ceux-ci. Nous avons donc testé l état de fonctionnement des moteurs avec une alimentation à tension variable, puis après avoir constaté que les moteurs tournaient pour une tension supérieure ou égale à 10V, nous avons retenu une alimentation fournissant 12V. Voici une figure présentant les divers branchements : Ordinateur Carte Arduino Pololu Moteur 1 Pololu Moteur 2 Figure 26 : Branchements des moteurs Les moteurs sont ensuite contrôlés par une série d instructions téléchargées sur la carte Arduino. Ces instructions utilisent des variables telles que la vitesse de rotation, la durée de rotation, le nombre de tours effectués pour asservir la position des anneaux lors de la rotation. II.C.3. La lentille proximètre La lentille proximètre que nous avons acheté est une lentille analogique. Il s agit d un télémètre à triangulation optique exploitant une onde infra-rouge. Elle a une portée comprise entre 4 et 30cm, ce qui est adapté aux distances que nous allons mesurer d après les dimensions du scanner. Le capteur envoie des valeurs analogiques comprises entre 0 et 5 Volts. Le capteur a l avantage de supporter de forts éclairages, de posséder une résolution de l ordre du mm et d envoyer un signal sans bruit. Il faut cependant noter que la relation entre le signal de sortie de la 27 P a g e

28 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Méthodologie) lentille et la distance mesurée en entrée n est pas linéaire. Il faut donc pour cela étalonner la lentille. Pour le matériel que nous avons acheté, l allure de la courbe d étalonnage est la suivante : Figure 27 : Courbe d'étalonnage de la lentille proximètre La lentille proximètre est branchée sur les ports entrés de la carte Arduino. La carte transmet les valeurs lues par la lentille à l ordinateur grâce au port USB. Ces valeurs sont stockées au fur et à mesure dans une matrice en fonction des coordonnées du point où la mesure a été prise. Cette matrice permet dans un dernier temps de reconstituer l image numérique de l objet scanné. 28 P a g e

29 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Résultats et approfondissement) III. Résultats et approfondissement III.A. Résultats Notre prototype est complet en termes mécaniques : nous avons apporté des solutions aux problèmes rencontrés lors du montage. Une grande partie de ces problèmes est liée aux plans fournis par l ENSCI. Nous pensions que le FabLab avait respecté la philosophie open-source, mais il s est avéré que de nombreux plans manquaient. Nous avons donc dû apporter des solutions particulières aux différents problèmes de montage qui sont survenus. De plus, il s est avéré que la machine à découpe laser n était pas adaptée à certains bois que nous nous étions procurés. Figure 28 : Scanner dans l'état actuel La structure est à présent stable et offre les mouvements nécessaires au bon déroulement de la numérisation. Elle permet en effet la rotation de la plateforme ainsi que du support de la lentille. Les moteurs permettant la mise en mouvement sont bien installés sur la structure. Les éléments constituants la liaison mécanique entre le moteur et les structures à mettre en mouvement sont bien montés : il s agit des courroies et pignons. D un point de vue informatique, il nous reste à adapter les algorithmes fournis par l ENSCI à notre scanner, malheureusement le problème rencontré avec les moteurs en électronique nous a empêchés de conclure ce projet par l essai de notre scanner avant la rédaction du présent rapport. En effet, l impossibilité de mettre en mouvement les moteurs nous a bloqués dans l avancée du projet. Cependant, nous sommes confiants de pouvoir effectuer une numérisation avant la soutenance orale. 29 P a g e

30 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Résultats et approfondissement) III.B. Approfondissement Afin d approfondir et continuer notre travail, il faudrait prendre le temps d optimiser les algorithmes Arduino et Processing afin d améliorer les résultats des numérisations. Une étude des différentes sources d imprécisions pourra être utile pour améliorer la qualité du scanner. Ainsi, une phase de paramétrage devra suivre la mise en route du prototype. En effet, de nombreux paramètres entrent en jeu lors de l initialisation des programmes Arduino et Processing. Par exemple, un bon calibrage de la lentille est nécessaire avant de pouvoir garantir la fiabilité des mesures des distances. De même, en effectuant des tests avec des objets à géométrie simple et aux dimensions bien connues, il serait intéressant d améliorer le système de coordonnées utilisé par le programme pour reconstituer l image de l objet. Il faudrait également optimiser les fonctions contrôlant le mouvement des moteurs afin de prendre en compte les frottements qui modifient la vitesse de rotation. 30 P a g e

31 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Conclusion) IV. Conclusion Le but du projet est la construction d un scanner 3D pour compléter le FabLab IDEA créé par l Ecole Centrale de Lyon et l EM Lyon dans le cadre d un programme de partenariat. Ce projet se décompose en trois parties : le choix d un modèle, la production d un exemplaire puis l amélioration du scanner. Un travail de recherche, comparaison puis discrimination selon des critères définis, a permis de choisir un modèle à partir duquel travailler. L étape de construction a posé le plus de problème. A l heure de la rédaction de ce rapport, le système mécanique est entièrement fonctionnel et les moteurs ont pu être maîtrisés. Il est ainsi possible de contrôler les deux rotations requises lors du fonctionnement du scanner via le programme chargé dans la carte Arduino. Il reste cependant à ajouter la lentille proximètre afin de mettre en place le système d acquisition de données. Les codes donnés par l ENSCI pourront être revus et modifiés en parallèle de cette installation. Les difficultés rencontrées ont été nombreuses et concernaient les contraintes imposées par les outils et les informations à notre disposition. Le temps a manqué pour aborder la dernière partie du projet qui consiste en l amélioration du scanner construit. Cependant, de nombreuses pistes d approfondissement sont possibles, en apportant notamment des améliorations de précision dans le système de coordonnées ou dans la commande des moteurs. Le projet nous a permis d aborder des domaines variés tels que la mécanique, l électronique et l informatique. De nombreuses connaissances dans ces domaines ont été acquises lors de l avancée de l étude. Il a été également intéressant de constater les liens qui unissent ces différentes matières, et l influence que cela peut avoir lors du déroulement d un travail transversal à ces matières. 31 P a g e

32 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Annexes) V. Annexes V.A. Plans fournis par l ENSCI Le blog de l ENSCI contient quelques plans et vues en éclaté qui ont servi à l élaboration de nos propres plans. Figure 29 : Vues en éclaté (ENSCI, 2011) 32 P a g e

33 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Annexes) Le document suivant nous a permis d évaluer l ordre de grandeur d un certain nombre de dimensions du scanner. Figure 30 : Cotations du scanner (ENSCI, 2011) V.B. Liste de matériel fournie - 1 plaque de contreplaqué bouleau en 12 ou 15 mm. (env. 100 ) - 1 courroie crantée de 1920 mm en pas de 3mm (env.12 ) - 1 set de fixation et de roulements pour rollers, c est à dire : 16 roulements et 8 fixations (env. 16 ) - 2 pignons crantés pas de 3mm (env. 8 ) - 1 carré de Plexiglass de 650 x 650 x 12 mm (env. 70 ) - 2 moteurs pas à pas (env. 120, en l occurrence ici ils ont été récupérés sur une imprimante laser en panne) - 1 carte Arduino (env. 20 ) - 8 résistances de 2 kohms. - 8 transistors. - 1 Alimentation de 5 Volts 2 Amp. (env. 27 ) - 1 tube de colle époxy type Araldite (env. 10 ) vis à bois en 4 x lentille proximètre (env. ) - 4 pieds vérins réglables avec ses inserts (env.10 ) - 1 longueur de tasseau dans une essence de bois dense en 2000 x 30 x 30mm (env.12 ) V.C. Liste de matériel de notre projet Voici la liste du matériel que nous avons acheté, accompagnée des liens de nos fournisseurs au moment de l achat. 33 P a g e

34 Prix Prix Qté Fournisseur Lien 2 moteurs pas à pas 40,44 40,44 2 Robotshop 1 carte Arduino 82,99 82,99 Radiospares 1 courroie crantée de 1920 mm en pas de 3mm 25,74 25,74 3m Fiamag 16 roulements rollers 19,90 19,90 16 Decathlon 8 fixations 14,99 14,99 8 Decathlon 2 pignons crantés pas de 3mm 1 Alimentation de 5 Volts 2 Amp 1 tube de colle époxy type Araldite 8,80 8,80 2 Fiamag 11,42 11,42 Radiospares 6,21 6,21 Radiospares 20 vis à bois en 4 x 50. 2,72 62, Radiospares 1 lentille proximètre 43,00 43,00 interface-z proximetres-rm.html 4 pieds vérins réglables avec ses inserts 9,02 9,02 4 Radiospares

35 V.D. Machine à découpe laser Trotec Speedy 400 La machine à découpe laser disponible au FabLab est une Trotec Speedy 400. Elle dispose d un plateau de travail dont la surface vaut 1000mm x 610mm. Figure 31 : Trotec Speedy 400 Voici quelques caractéristiques de cette machine (Trotec Laser, 2013) : Hauteur de pièce max. : Vitesse de travail max. : Précision : Equipement laser : 305 mm 355 cm / seconde, accélération 4g Précision de positionnement : 5μm Précision de répétabilité : < ±15μm Laser CO2 scellé de Watts Tableau 3 : Caractéristiques de la Trotec Speedy 400 Le fonctionnement de la machine sur l ordinateur est le même que celui d une imprimante. Une fois le plan ouvert sur Adobe InDesign, on l imprime en utilisant la Trotec comme imprimante. Le logiciel spécialisé Trotec Job Control X s ouvre alors (cf. Figure 32). Son interface affiche le plateau de la machine sur lequel est placé le matériau à découper. On place le plan imprimé via Adobe InDesign sur le plateau en tenant compte de la position de la lentille (représentée par une croix à l écran). On effectue ensuite les réglages de vitesses, de profondeurs disponibles dans les différents menus Gravure, Plaque, Programmation avant de lancer la gravure. Figure 32 : Logiciel JobControl X

36 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Annexes) V.E. Gear Template Generator Le logiciel Gear Template Generator permet de générer des plans d engrenages. Pour cela, on entre un certain nombre de paramètres dans le programme : l espacement entre les dents, l angle de contact, le nombre de dents, le diamètre de la roue. Le logiciel génère alors le plan vectoriel de la roue crantée ainsi que de la courroie correspondante. Tableau 4 : Gear Template Generator (Woodgears, 2013) Figure 33 : Exemple de pignon sur courroie (Woodgears, 2013) Le logiciel est disponible sur le site de l auteur Matthias Wandel (Woodgears, 2013). 36 P a g e

37 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Annexes) V.F. Plateforme Arduino V.F.1. Contrôleur Arduino Voici les différents composants du contrôleur Arduino présentés sur le schéma (Figure 34) : 14 broches digitales, numérotées de 0 à 13. On précise dans le sketch 15 si elles servent d entrées ou de sorties. 6 broches analogiques entrées, numérotées de 0 à 5. Elles convertissent des valeurs analogiques de tensions lues par un capteur en une valeur comprise entre 0 et broches analogiques sorties, numérotées 3, 5, 6, 9, 10 et 11. Il s agit en fait de 6 broches digitales que l on peut programmer de manière analogique à l aide du sketch. 3 LEDs dont la taille est de l'ordre du millimètre. Ces LEDs servent à deux choses : o Celle étiquetée L : elle est connectée à une broche du microcontrôleur et va servir pour tester le matériel. o Les deux LEDs étiquetées TX et RX : servent à visualiser l'activité sur la voie série (une pour l'émission et l'autre pour la réception). Le téléchargement du programme dans le micro-contrôleur se faisant par cette voie, on peut les voir clignoter lors du chargement du sketch sur la carte. Figure 34 : Schéma d'une carte Arduino (Banzi, 2009) La carte est alimentée par le port USB de l ordinateur ou par une source de courant (5V). V.F.2. IDE Arduino L interface Arduino est simple (cf. Figure 35Error! Reference source not found.) et propose les boutons suivants : Vérifier : parcourt le sketch à la recherche d erreurs Téléverser : transfère le sketch sur la plateforme Arduino Nouveau / Ouvrir / Enregistrer Moniteur série : permet d afficher les valeurs transmises par la carte Arduino 15 Set d instructions 37 P a g e

38 Projet d Etudes n 22 : Scanner 3D (Annexes) Figure 35 : IDE Arduino Le port de communication avec la carte Arduino est rappelé en bas à droite de la fenêtre de l IDE. V.G. Fonctionnement d un compilateur Un compilateur effectue les opérations suivantes : analyse lexicale : C'est la tâche consistant à décomposer une chaîne de caractères en unités ou entités lexicales 1, aussi appelées tokens en anglais. Ces entités lexicales, «produites» à la demande de l'analyseur syntaxique, sont ensuite «consommées» par ce dernier. pré- traitement (préprocesseur) : Un préprocesseur est un programme qui procède à des transformations sur un code source, avant l'étape de traduction proprement dite décomposition analytique (parsing) : La décomposition analytique, parsing en anglais, est un processus d'analyse appliqué à un flux structuré d'information dont le but est d'en identifier le sens. En informatique, la décomposition analytique identifie les jetons significatifs composant un flux de caractères avant de les soumettre à une analyse sémantique. analyse sémantique génération de code : La génération de code natif est l'étape du processus de compilation transformant l'arbre syntaxique abstrait enrichi d'informations sémantiques en code machine ou en bytecode spécialisé pour la plateforme cible optimisation de code : En programmation informatique, l'optimisation est la pratique qui consiste généralement à réduire le temps d'exécution d'une fonction, l'espace occupé par les données et le programme, ou la consommation d'énergie. 38 P a g e