La réalité augmentée améliore la facilité et la précision de la menuiserie

Un système développé chez EPFL utilise la réalité augmentée (AR) pour aider les charpentiers à effectuer des coupes de bois extrêmement précises sans avoir à mesurer ou à marquer les poutres. Son approche hybride devrait rendre la technologie assistée numérique abordable pour les petites entreprises, les menuisiers et les professionnels de la construction dans les pays en développement.

Le bois est un matériau de construction de plus en plus populaire grâce à son faible impact environnemental, sa capacité de stockage du carbone, son potentiel d’assemblage rapide et ses excellentes propriétés d’isolation. La demande croissante de structures en bois, associées aux progrès technologiques, a conduit de nombreux producteurs à automatiser leurs processus au cours des 20 dernières années.

Aujourd’hui, nous pouvons trouver des robots sophistiqués dans leurs ateliers – des machines aussi impressionnantes qu’elles sont coûteuses, équipées d’armes articulées et de coupeurs de précision pour effectuer des tâches répétitives mais compliquées.

Chez EPFL, les ingénieurs ont développé un système basé sur AR appelé menuiserie augmentée qui pourrait mettre fin au stéréotype d’un charpentier travaillant avec un crayon dans une main et un ruban à mesurer dans l’autre. Disponible dans open source Sur GitHub, le système est une première étape vers un processus hybride qui combine la dextérité des humains avec la fiabilité du traitement informatique.

La menuiserie augmentée est sur le point de rendre les méthodes de coupe en bois d’assistance numérique abordables pour les petites entreprises, les menuisiers et les professionnels de la construction dans les pays en développement.

Un espace de travail augmenté

Le système est le résultat de quatre années de recherche, de développement et de tests par Andrea Settimi – un Ph.D. EPFL. Étudiant dont la thèse est supervisée conjointement par Julien Gamerro, ancien boursier post-doctoral, et Yves Weinand, chef du Laboratoire de construction de bois d’EPFL (IBOIS) – avec plusieurs autres participants au projet. Il est capable de produire des hologrammes avec une précision de sous-millimètre pour guider les opérateurs humains.

Le dispositif physique se compose d’un écran qui affiche un espace de travail virtuel recouvrant des morceaux de bois. Les lignes de différentes couleurs donnent de nombreuses indications: comment positionner l’outil, quelle profondeur de forer, quel est l’angle de coupe droit, combien de temps devrait durer une coupe et ainsi de suite. Ils permettent aux opérateurs de travailler d’une manière à la fois intuitive et précise.

« Notre système comprend un mécanisme de détection et des capteurs intégrés qui donnent des commentaires en temps réel », explique Settimi. « Si l’outil de menuiserie ou le faisceau, il coupe les glissements, par exemple, la superposition virtuelle restera alignée sur le morceau de bois réel afin que les opérateurs puissent voir instantanément comment ajuster leurs mouvements. »

Pour atteindre un degré de précision aussi élevé, l’équipe de recherche a étudié divers aspects de la technologie de vision informatique et les a minutieusement intégrés dans son appareil afin qu’il puisse incorporer l’outil de travail du bois ainsi que le plan spécifique du bois et du travail du bois. Ils ont numérisé et généré des modèles informatiques 3D d’outils couramment utilisés, créant une vaste base de données.

Pour utiliser le système, les opérateurs scannent d’abord leurs pièces de bois par lot, permettant au programme d’enregistrer les détails de chacun. Ensuite, les opérateurs placent des marqueurs au hasard sur les pièces de bois afin que le système puisse détecter leur orientation et leur position. La dernière étape consiste à télécharger les plans de travail du bois, qui sont intégrés directement dans le programme en 3D et affichés en réalité augmentée.

Grâce à l’utilisation de la vision par ordinateur et des capteurs, les outils de travail du bois standard peuvent devenir des appareils intelligents capables de guider les utilisateurs en temps réel. Le système visualise les lignes de coupe directement sur une poutre, par exemple, montrant les opérateurs exactement où guider la scie. Cela réduit considérablement le risque d’erreur humaine et améliore la précision pendant l’assemblage.

Reconnaître les poutres et les outils dans des ateliers encombrés

Un élément clé du projet de recherche était de développer des méthodes de vision informatique avancées pour détecter les éléments et positionner la caméra dans des espaces complexes et encombrés comme des ateliers. Ces espaces contiennent généralement différents types d’objets – autres morceaux de bois, outils, panneaux, etc. – ont été éteints sans ordre particulier, ce qui rend difficile pour les systèmes de vision par ordinateur de cartographier l’environnement.

L’équipe de recherche a travaillé avec le Center for Imaging d’EPFL pour développer des programmes qui pourraient reconnaître et localiser avec précision les éléments d’intérêt – dans ce cas, les outils de travail du bois et les pièces de bois. Ces capacités n’ont jamais été mises en œuvre auparavant à cette échelle pour la construction du bois et sont essentielles pour s’assurer que l’espace de travail virtuel s’aligne sur la réalité physique.

Merci à la menuiserie augmentée, même petites entreprises Et les menuisiers peuvent créer des formes et des conceptions complexes – une tâche jusqu’à présent réservée aux robots coûteux. « Un autre avantage de notre système AR est qu’il profite des capacités humaines, même lorsque les opérateurs ont peu de formation, pour numériser rapidement les processus de construction », explique Settimi.

La dextérité humaine et la cognition sont améliorées par la précision de la machine, dans un bon exemple d’approche hybride. « En tirant parti du potentiel de la collaboration de la machine humaine pour la menuiserie moderne et la conception de bois Les structures, la menuiserie augmentée peuvent assurer que les opérateurs humains restent impliqués dans le processus, favorisant ainsi les méthodes de construction qui sont aidées numériquement, locales et socialement responsables « , dit-il.