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1 Matthieu ALRIC - Chargé d Etudes en Génie Mécanique et Robotique «Vers une méthode rapide de l évaluation de la tendreté» Développement d un système robotique équipé de capteurs d efforts et de vision 3D dynamique pour l évaluation de la tendreté STEAKEXPERT - 7 ème Journées Mardi 11 juin 2013 ZAC des Gravanches 10, rue Jacqueline Auriol CLERMONT-FERRAND Cedex 02

2 Principe et objectifs 2 Mettre au point une méthode non-invasive, non-destructiveet rapide, d évaluation de la tendreté de pièces de viande Couplant : Palpage Mécanique& Suivi vision 3D dynamique de la relaxation 1. Reconstruction 3D initiale 2. Suivi et Reconstruction 3D dynamique durant la phase de compression 3. Suivi et Reconstruction 3D dynamique durant la phase de relaxation 2. Compression 3. Relaxation Equipement de mesure Autre technologie envisagée : Spectroscopie de Fluorescence Sonde de spectroscopie de fluorescence appliquée sur le muscle Enregistrement des courbes de spectre sur Ordinateur Portable Muscle de viande

3 3 Problématiques Principe et objectifs Réalisation actuelle de l évaluation de la tendreté: Analyse sensorielle Ou Analyse d échantillons par texturométrie Texturomètre : système Non Adapté à des mesures sur pièces de viande entières ou quartiers Contraintes: s adapter àla variabilité(tailles, formes, etc.) des différents produits de viande (muscles ou quartiers) Intégrer des solutions (Palpation/Vision 3D/Spectroscopie) dans un système robotique en utilisant le robot de la Cellule Expérimentale ADIV

4 4 Principe et objectifs Objectif Mettre au point le principe du nouveau dispositif de mesure => Développement de 3 sous-systèmes Système robotique de palpation 1. Mise eu point du dispositif de palpation exerçant des contraintes mécaniques sur les pièces de viande (conception, fabrication et assemblage du démonstrateur) 2. Mesure et Enregistrement des contraintes durant des cycles de compression/ relaxation (choix d un capteur adapté et suffisamment précis pour les mesures) Système de vision 3D Dynamique 1. Reconstruction en 3 dimensions de la surface de la viande au niveau de la zone d application des contraintes mécaniques 2. Suivi Dynamique de la surface de la viande durant la relaxation (choix de caméras pour enregistrer les premières images de la relaxation, dès retrait du palpeur) Système de spectroscopie de fluorescence frontale 1. Aménagement et adaptation de l appareil portable développépar l ADIV en 2001 permettant de faire des mesures de spectroscopie de fluorescence frontale en ligne

5 Principe et objectifs 5 Objectif Conduite de campagnes d essais et de mesures expérimentales => Calibrerles différents capteurs de mesures des dispositifs de robotique et de vision (mesures d efforts, de vision ou de spectres de lumières) =>Mettre au point et Validerles algorithmes de traitement des données/mesures

6 6 Travaux réalisr Système robotique de palpation Réalisation du table mobile pour essais sur muscles Plan support de la table (en PE) Glissière de translation Direction de Translation de la table Fabrication de différentes formes de palpeurs Adaptation et montage, sur le robot ABB 6620 de l ADIV, d un capteur d efforts suffisamment précis pour réaliser les relevés de contraintes sur pièces de viande (choix du même capteur que le texturomètre de l ADIV) Platine - Vue de dessus Fixation au changeur d outils du robot ABB Points de fixation du capteur (côté robot) Vue de dessus Robot ABB 6620 Robot ABB 6620 Vis permettant de supporter un poids pour calibrer le capteur Vue de dessous Platine - Vue de dessous Platine Capteur d effort Barre de déportation Point de fixation de la partie de palpage Capteur d efforts Palpeur Glissière de réglage de la position du capteur d effort

7 Travaux réalisr 7 Système robotique de palpation Dispositif finalmonté: Schéma de connexion et échanges Platine de fixation Robot ABB 6620 Capteur d efforts Commande du Robot ABB 6620 Barre de déportation Palpeur Connexion au texturomètre Texturomètre entre les différents sous-ensemble du dispositif Robot ABB 6620 Platine de fixation Capteur d effort Baie de commande du Robot ABB 6620 Texturomètre Programmes de commande des mouvements du robot pour les cycles de palpation Ordinateur portable Ordinateur portable Table mobile Barre de déportation Logiciel d acquisition Palpage sans barre de déportation Palpage avec barre de déportation Palpeur Courbes brutes Muscle de viande Quartiers de viande Programme Excel Table mobile Système de contention

8 8 Travaux réalisr Système robotique de palpation Premières expérimentations et résultats Calibration du capteur d efforts» Étape 1 : Calibrer/Régler le «zéro»de mesure du capteur (passage de la droite par le point origine [0 ; 0]), correspondant au cas oùle dispositif (capteur + barre + palpeur) n est soumis à aucun effort.» Étape 2 : Calibrer/Calculer la pente de la droite de correspondance en positionnant un point de cette droite. Pour cela, une masse exerçant un certain poids (dans notre cas 5 kg) est placée sur le capteur d efforts par l intermédiaire d une vis support de calibration. Etape 2 Etape 1 Masse de Calibration (5kg) Valeur du signal renvoyé 0 Efforts mesurés Vis support de calibration

9 Travaux réalisr 9 Système robotique de palpation DONNEES ENTREES Données A Classer Suivant Force Croissante Premières expérimentations et résultats Réalisation de palpages robotiques et traitement des courbes de mesure => Réalisation d un Programme Excel CALCULS TRAITEMENT COURBES DE MESURE Pour des raisons techniques : difficile de t0 t1 t2 t3 Maximum Maximum (instant du 1er (instant de la fin du (instant du début (instant de la fin du Aire F1 Aire F2 F1 F2 contact 1er cycle de du 2ème cycle de 2ème cycle de synchroniser le logiciel du texturomètre avec 41,326 38, , ,912 la commande du robot Calcul Time Force Force Time Intermédoire des Aires sous chaque point de sec N N sec sec sec sec sec N N N.sec N.sec mesure d'effort 0 0, , ,985 0, ,326 38, , ,005 0, , ,09 0, ,326 38,031 0,01 0, , ,99 0, ,326 38,031 0,015 0, , ,085 0, ,326 38,031 0,02 0, , ,98 0, ,326 38,031 0,025 0, , ,095 0, ,326 38,031 0,03 0, , ,08 0, ,326 38,031 0,035 0, , ,995 0, ,326 38,031 0,04 0, , ,975 0, ,326 38,031 0,045 0, , ,1 0, ,326 38,031 0,05 0, , ,075 0, ,326 38,031 0,055 0, , ,795 0, ,326 38,031 0,06 0, , ,8 0, ,326 38,031 0,065 0, , ,79 0, ,326 38,031 0,07 0, , , ,326 38,031 0,075 0, , ,765 0, ,326 38,031 0,08 0, , ,77 0, ,326 38,031 0,085 0, , ,29 0, ,326 38,031 0,09 0, , ,805 0, ,326 38,031 0,095 0, , ,06 0, ,326 38,031 0,1 0, , ,785 0, ,326 38,031 0,105 0, , ,16 0, ,326 38,031 0,11 0, , ,57 0, ,326 38,031 0,115 0, , ,46 0, ,326 38,031 0,12 0, , ,54 0, ,326 38,031 0,125 0, , ,165 0, ,326 38,031 0,13 0, , ,175 0, ,326 38,031 0,135 0, , ,07 0, ,326 38,031 0,14 0, , ,155 0, ,326 38,031 0,145 0, , ,375 0, ,326 38,031 0,15 0, , ,63 0, ,326 38,031 0,155 0, , ,055 0, ,326 38,031 0,16 0, , ,135 0, ,326 38,031 0,165 0, , ,05 0, ,326 38,031 0,17 0, , ,18 0, ,326 38,031 0,175 0, , ,265 0, ,326 38,031 0,18 0, , ,535 0, ,326 38,031 0,185 0, , ,17 0, ,326 38,031 0,19 0, , ,105 0, ,326 38,031 0,195 0, , ,275 0, ,326 38,031 0,2 0, , ,685 0, ,326 38,031 0,205 0, , ,13 0, ,326 38,031 0,21 0, , ,15 0, ,326 38,031 0,215 0, , ,38 0, ,326 38,031 0,22 0, , ,735 0, ,326 38,031 0,225 0, , ,955 0, ,326 38,031 0,23 0, , ,065 0, ,326 38,031 0,235 0, , ,01 0, ,326 38,031 0,24 0, , ,9 0, ,326 38,031 0,245 0, , ,405 0, ,326 38,031 0,25 0, , ,075 0, ,326 38,031 0,255 0, , ,185 0, ,326 38,031 0,26 0, , ,285 0, ,326 38,031 0,265 0, , ,515 0, ,326 38,031 0,27 0, , ,775 0, ,326 38,031 0,275 0, , ,185 0, ,326 38, ,6 3,2 4,8 6,4 1,6 3,2 4,8 6,4 Instants temporels correspondant aux maximums d'efforts : F1 ou F2 31,98 73,885 sec Relevé Efforts Palpage Robot Sans Barre Déportation 1 ère Compression 2 ème Compression 9,6 11,2 12,8 14, ,6 19,2 20,8 22, ,6 27,2 28,8 30, ,6 35,2 36,8 38, ,6 43,2 44,8 46, ,6 51,2 52,8 54, ,6 59,2 60,8 62, ,6 67,2 68,8 70, ,6 75,2 76,8 78,4 80 ZOOM Vibrations - Relevé Efforts Palpage Robot Sans Barre Déportation 9,6 11,2 12,8 14, ,6 19,2 20,8 22, ,6 27,2 28,8 30, ,6 35,2 36,8 38, ,6 43,2 44,8 46, ,6 51,2 52,8 54, ,6 59,2 60,8 62, ,6 67,2 68,8 70, ,6 75,2 76,8 78,4 80 Relevé Efforts Palpage avec Robot F1 1 ère Relaxation 2 ème Relaxation F2 Relevé Efforts Palpage avec Robot F1 Fig. 1 : programme Excel permettant d analyser les courbes brutes des relevés de palpage robotique F2 Impossible d utiliser les fonctionnalités du logiciel servant àl analyse des courbes de relevés et au calcul les différents indicateurs d évaluation de la tendreté(dureté, aires sous les courbes de compression, etc.) Uniquement récupération des courbes brutes des relevés de mesures Programme d un fichier Excel pour traiter, analyser les courbes et calculer les indicateurs de tendreté

10 Travaux réalisr 10 Système de vision 3D Dynamique Principe de reconstruction 3D par système de vision stéréoscopique Triangulation (à2 caméras)» Soit le point 3D «M»observé(sur la surface de la viande)» Connaissant «m1»(projection de «M»dans l'image 1) et «m2»(projection de «M»dans l'image 2), => Calculde la position 3D du point M partriangulation(mise en correspondance des deux points m1 et m2)» Principe de calcul possible lorsque le système de vision stéréoscopique est préalablement calibré: connaissance des positions relatives des 2 caméras l une par rapport àl autre (connaissance des matrices de calibration des paramètres intrinsèques (A1 et A2) et des paramètres extrinsèques (R et T)) Photo 1 de la scène banale. La scène reconstruite en triangles avec textures Les points en 3D du personnage et du fond Photo 2, de face, changements d angle, de distance, d orientation aléatoires.

11 11 Travaux réalisr Système de vision 3D Dynamique Principe de reconstruction 3D à partir d un flux d images vidéo Avec le même principe : Acquisition du plusieurs images par 2 caméras => création d une vidéo 3D Reconstruction 3D des surfaces et suivi de leur évolution reposent sur l identification de points remarquables qui doivent être représentatifs des surfaces et visibles sur les 2 séquences (par les 2 caméras) de manière continue Si la scène contient par elle-même des points remarquables : possibilitéd exploiter simplement ces données en vidéo => Problème: cela reste difficile avec la viande Une vidéo 3D classique tourne à25 à30 images/sec => Ici dans notre application il faut une vision rapide pour avoir les tous premiers instants de la relaxation de la viande => Caméra Rapide: 200 à2000 images/sec Verrous techniques à surmonter Calibration automatisée du système de vision Extraction des points d intérêt robuste et répétable à une cadence vidéo Mise en correspondance robuste devant les variations de facteur d échelle, l ambigüité, et le flou des scènes vidéo Mise en correspondance robuste à une cadence vidéo sur des scènes simples

12 12 Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Matériels Travaux réalisr 1 grille laser avec matrice 17x17 ( 150 ) 2 caméras/appareils-photos de commerce (disponibles à l EMA) Alimentation des dispositifs ( 100 ) [1 petit laser rouge 1mw ( 180 )] (Optionnel) Montage du dispositif des essais et Données de Configuration des essais Distance Laser/Table = 72 cm Distance Laser/Viande = 65 cm Distance Inter-Caméras = cm Distance Cam1/Viande = cm Distance Cam2/Viande = cm Mire Grille laser Caméra 2 Caméra 1

13 13 Travaux ré Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Prise d images et de films Réalisation de la Calibration Mire 3D de calibration (2 faces avec grille à damier) Reconstruction 3D de muscles : Gîte Noix et Rond de Gîte

14 14 Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Etapes de traitement des images Calibration Travaux réalisr» Détection et filtrage dans les deux images caméras pour distinguer la mire 3D de calibration» Mise ne correspondance automatique des points de la mire 3D Image Caméra 1 Image Caméra 2

15 Travaux réalisr 15

16 Travaux réalisr 16 Caméra 1 Caméra 2

17 Travaux réalisr 17 Caméra 1 Caméra 2

18 Travaux réalisr 18 Caméra 1 Caméra 2

19 Travaux réalisr 19 Caméra 1 Caméra 2

20 Travaux réalisr 20 Caméra 1 Caméra 2

21 Travaux réalisr 21 Caméra 1 Caméra 2

22 22 Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Etapes de traitement des images Reconstruction 3D Travaux réalisr» Sortie d un fichiers de points avec leurs maximums d intensité lumineuse» Extraction de la Grille : Finir d enlever les points autres que ceux de la grille laser pour ne garder que ceux de la grille correspondant à un maximum d intensitélumineuse = pic max d intensitéde l Histogramme de répartition des intensités de tous les points Pic max des intensités

23 23 Travaux ré Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Etapes de traitement des images Reconstruction 3D» Mise en correspondance => Trouver les points qui se correspondent d une image à une autre entre les 2 caméra pour obtenir la représentation 3D Caméra 1 Caméra 2

24 24 Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Etapes de traitement des images Reconstruction 3D Travaux réalisr» Obtention de la reconstruction 3D de la «Zone d Intérêt»

25 Travaux réalisr 25 Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Autre essai sur Rond de Gîte Image Caméra Reconstruction 3D

26 26 Travaux ré Système de vision 3D Dynamique : Premiers Essais sur Viande Suites : Réaliser des prises vidéos de la déformation de la viande par le palpeur et valider les algorithmes de traitement d images pour le suivi dynamique de la surface de la viande

27 Conclusion 27 Résultats de Vision encourageant Travaux futurs Bonne reconstruction 3D des muscles de viande testés Certaines améliorations des algorithmes en cours Réalisation de relevés s vision 3D par flux vidéo Couplage de l ensemble l Palpage Robotique + Système de relevé Vision 3D Calcul d indicateurs d dynamiques du suivi de la relaxation après palpage des pièces de viande Recherche de corrélations entre ces nouveaux indicateurs et les méthodologies d éd évaluation de la tendreté existantes et reconnues (par Texturométrie trie ou Sensorielles)

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