Effets des phénomènes électromagnétiques sur les mesures

Effets des phénomènes électromagnétiques sur les mesures

Caractérisation des distorsions électromagnétiques

Lorsqu’on utilise des appareils de mesures électromagnétiques, les constructeurs recommandent généralement de travailler dans un environnement exempt d’interférences électromagnétiques. Ceci n’étant pas toujours possible, il est parfois important de pouvoir caractériser les sources de distorsions environnantes, afin de connaître la précision réelle de l’appareil de mesure. La caractérisation des interférences est en outre un premier pas vers la correction des mesures. Avant de présenter les méthodes de correction, il nous apparaît important de présenter dans cette section le travail de Frantz et al. (2003), qui ont comparé plusieurs techniques de caractérisation des distorsions. Ils caractérisent l’erreur de mesure, en absences de sources de distorsions électromagnétiques pour différents scénarios d’étalonnage avec un appareil de mesure électromagnétique (NDI Aurora).

Le protocole d’étalonnage volumétrique est le plus complet pour évaluer un volume d’utilisation dans son entier. Ce type de protocole d’étalonnage utilise un bras mécanique robotisé qui déplace des capteurs électromagnétiques de manière aléatoire à l’intérieur d’un volume d’étalonnage. Chacune des mesures est enregistrée et comparée avec les coordonnées correspondantes enregistrées par un système de mesures optique complémentaire (Optotrak) pour calculer l’exactitude de la mesure. Le protocole d’étalonnage avec une demi-sphère rigide possède à sa surface plusieurs perforations qui sont utilisées comme points de mesure. La distance et l’orientation des perforations par rapport à un point de référence de la demi-sphère sont préalablement connues. Chaque mesure est enregistrée et comparée avec la distance et l’orientation de référence pour calculer l’exactitude de la mesure.

Analyser l’effet de l’homogénéité des mesures étalons sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation

Dans plusieurs études, les auteurs ont observé des problèmes d’interpolation des mesures aux frontières des divisions du volume d’étalonnage (Kindratenko 1999) ou encore ciblent des zones spécifiques du volume d’utilisation réelle pour accélérer l’enregistrement des mesures étalons Czernuszenko et al. (1998). Pour tester l’effet de la variation de l’homogénéité entre deux polynômes, il s’agit d’analyser et de comparer différents scénarios d’acquisition des mesures étalons dans le but de minimiser l’erreur de position/orientation en fonction de l’homogénéité. Il s’agit de réaliser les 3 scénarios suivants: 1)Effets du nombre de mesures uniformes pour chaque zone de balayage; 2)Effets du nombre de mesures supérieures au centre du volume et inférieures aux extrémités; 3)Effets du nombre de mesures inférieures au centre du volume et supérieures aux extrémités.

Méthode d’acquisition des mesures

Pour toutes les expériences qui suivront, la procédure suivie pour faire l’acquisition des mesures consiste à suivre les étapes décrites plus bas. Il est à noter que certaines manipulations sont réalisées avec des fonctions programmées avec le logiciel Matlab. 1)Subdiviser le volume d’étalonnage en zones de balayage . Une division est une zone de balayage où sera enregistrée une série de coordonnées à l’intérieur du volume d’étalonnage. 2)Pour chaque division, effectuer un mouvement de balayage. Un mouvement de balayage est défini par un mouvement de rotation du poignet d’une durée de 15 secondes environ. 3)Modifier les enregistrements d’étalonnage afin de satisfaire les critères spécifiques aux scénarios évalués : la quantité de mesures totale dans un enregistrement. la variation de la densité des mesures à l’intérieur du volume d’utilisation des capteurs. la variation de l’homogénéité des mesures à l’intérieur du volume d’utilisation des capteurs. 4)Appliquer la méthode de correction des erreurs de mesures obtenues avec l’utilisation d’un seul polynôme d’interpolation : Calculer les erreurs de position/orientation obtenues sur les enregistrements de validations en fonction des paramètres évalués. Identifier le meilleur scénario parmi les enregistrements modifiés et quantifier la performance de la correction. 5)Appliquer la méthode de correction des erreurs de mesures obtenues avec l’utilisation de deux polynômes d’interpolation : Calculer les erreurs de position/orientation obtenues sur les enregistrements de validations en fonction des paramètres évalués. Identifier le meilleur scénario parmi les enregistrements modifiés et quantifier la performance de la correction .La prise de mesure se fait en déplaçant l’objet de calibrage à l’intérieur de chacune des divisions. Un mouvement de balayage de 15 secondes est effectué pour chacun des 48 sous volumes

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Effets des phénomènes électromagnétiques sur les mesures
1.1.1 Le potentiel électromagnétique est proportionnel à la distance
1.1.2 L’erreur de mesure est proportionnelle à la distance
1.1.3 Interférences dues à la proximité d’objets métalliques
1.2 Caractérisation des distorsions électromagnétiques
1.3 Méthode d’acquisition des mesures d’étalonnage
1.3.1 Support physiques / virtuels pour l’acquisition des mesures étalons
1.3.2 Appareil de mesure complémentaire
1.4 Modèles mathématiques et techniques d’interpolation
1.4.1 Interpolation trilinéaire
1.4.2 Interpolation par le point le plus proche
1.4.2.1 Méthode de pondération linéaire
1.4.2.2 Méthode de pondération exponentielle
1.4.2.3 Méthode de pondération basée sur le carré de la distance
1.4.2.4 Autres méthodes de pondération
1.4.3 Polynôme d’interpolation de degré élevé
1.4.4 Méthode de Hardy HMQ (Hardy’s multi-quadric method)
1.4.5 Méthode basée sur un réseau de neurones
1.5 Méthode LIO
1.5.1 Modèle théorique
1.5.2 Implémentation de la méthode d’étalonne du LIO
1.6 Résumé des méthodes et modèles d’interpolation
CHAPITRE 2 PROBLÉMATIQUE ET OBJECTIFS DE LA RECHERCHE
2.1 Objectif général
2.2 Analyser l’effet de la distance entre les capteurs de l’objet de calibrage sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
2.3 Analyser l’effet du nombre de mesures étalons sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
2.4 Analyser l’effet du nombre de polynômes d’interpolation sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
2.5 Analyser l’effet de l’homogénéité des mesures étalons sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
2.6 Analyser la robustesse et les limites de la méthode d’acquisition LIO
CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.1 Matériel
3.2 Méthode d’acquisition des mesures
3.2.1 Effet de la distance entre deux capteurs sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
3.2.2 Effet du nombre de mesures étalons dans le volume d’étalonnage sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
3.2.3 Effet du nombre de polynômes d’interpolation sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
3.2.4 Effet de l’homogénéité des mesures étalons sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
3.2.5 Robustesse et limite de la méthode d’acquisition LIO
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Effet de la distance entre deux capteurs sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
4.2 Effet du nombre de mesures étalons dans le volume d’étalonnage sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
4.3 Effet du nombre de polynômes d’interpolation sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
4.4 Effet de l’homogénéité des mesures étalons sur la correction des erreurs de mesures en position et orientation
4.5 Robustesse et limite de la méthode d’acquisition LIO
4.5.1 Scénario 1 : Effet d’un sur-étalonnage
4.5.2 Scénario 2 : Effet d’un sous étalonnage
4.5.3 Scénario 3 : Effet d’un étalonnage dont le volume est égal au volume de validation
4.6 Limite de la méthode de correction en fonction de la taille du volume de validation
CHAPITRE 5 DISCUSSION
CHAPITRE 6 RECOMMANDATION ET LIMITATION
CONCLUSION