[0001] La présente invention s'applique à la fabrication de tout casque devant être positionné
avec précision sur la tête de son porteur.
[0002] Les casques avec viseur sont essentiellement utilisés par les forces militaires pour
les fantassins ou les pilotes d'avions et d'hélicoptères. Ces casques comprennent
d'une part le casque proprement dit destiné à la protection passive du porteur du
casque et d'autre part un visuel intégré à ce casque et destiné à la présentation
d'informations aux yeux du dit porteur.
[0003] Dans la suite du texte, le porteur désigne la personne pour laquelle le casque est
réalisé, même si, dans certaines phases de la réalisation décrite, cette personne
est nu-tête.
[0004] Le casque est constitué d'une coque de protection rigide résistant à la perforation
et d'une calotte interne épaisse, plus souple, pour le confort et la protection contre
les chocs. Il comporte le plus souvent un système de communication audio, éventuellement
un système respiratoire, et de plus supporte le visuel s'il s'agit d'un casque avec
visuel intégré.
[0005] Le visuel est un dispositif optique d'affichage qui présente une image vidéo de la
réalité extérieure ou une image synthétique sur un "combineur", c'est-à-dire sur un
écran semi-réfléchissant qui autorise la vision simultanée du monde réel et de l'image
présentée. L'image est produite par un générateur d'image, par exemple un tube cathodique,
un écran à cristaux liquides ou une matrice de diodes électroluminescentes. Une optique
relais placée entre le générateur d'image et le combineur assure la collimation de
l'image pour la transformer en image virtuelle. Dans certaines réalisations, le "combineur"
est réalisé par la visière du casque elle-même.
[0006] La figure 1 représente un tel casque, avec sa coque rigide 10, sa calotte interne
antichoc 12. Le visuel 14 comprend un imageur (ici un tube cathodique de projection)
16, une visière de projection 18 constituant le "combineur" mentionné ci-dessus, et
entre l'imageur et la visière, l'optique-relais 20.
[0007] Une vision correcte de l'image par le porteur du casque n'est assurée que si l'oeil
est placé à une position très précise par rapport aux trajets optiques définis par
le visuel, donc à une position très précise par rapport à l'ensemble des éléments
composant le visuel, éléments qui eux-mêmes doivent être positionnés très précisément
les uns par rapport aux autres.
[0008] La difficulté réside dans ce positionnement rigoureux du visuel par rapport à l'oeil
du porteur du casque.
[0009] La tolérance de positionnement relatif est par exemple de 1 millimètre et de 1 degré
entre le système optique, les trajets optiques qu'il définit, et l'oeil du porteur.
[0010] Une solution simple consiste à réaliser un casque avec un visuel réglable mécaniquement
par rapport à la coque de manière à ajuster la position du visuel à celle de l'oeil
du porteur. La figure 2 représente un tel casque avec des moyens de réglage 22 à quatre
degrés de liberté selon trois translations et une rotation en site.
[0011] Cependant un tel dispositif de réglage est complexe, il augmente la masse et l'encombrement
de l'équipement de tête, il induit une fragilité en utilisation et une perte des caractéristiques
et de fiabilité dans le temps. De plus, si le porteur du casque fait les réglages
lui-même, il peut les faire de manière erronée.
[0012] Une autre solution consiste à reporter l'ajustement du casque au niveau de sa calotte
interne.
[0013] Le visuel est alors fixé rigidement à la coque et une calotte interne personnalisée
réalise conjointement l'adaptation du casque à la morphologie du porteur et le positionnement
correct du visuel par rapport à l'oeil du porteur.
[0014] Le casque est alors adapté complètement à la morphologie du porteur et le visuel
est correctement placé pour ce porteur uniquement. La difficulté réside dans la réalisation
de cette calotte interne personnalisée, cette réalisation devant aboutir à ce que
le visuel soit toujours correctement placé, sans système de réglage mécanique accessoire.
[0015] Cette personnalisation peut se faire en pratique en réalisant une garniture personnalisée
que le porteur place à l'intérieur d'un casque standard. La garniture peut être réalisée
par moulage direct, sur la tête du porteur en injectant une mousse de polyuréthane
entre la tête du porteur et une forme qui est la forme intérieure de la calotte antichoc
du casque, tout en maintenant la tête et la dite forme en position relative exacte
telle que le visuel soit correctement placé par rapport aux yeux du porteur. Après
polymérisation de la mousse et démoulage, on obtient une garniture personnalisée qui
sera placée à l'intérieur du casque.
[0016] Mais ce procédé est délicat à mettre en oeuvre à cause de la poussée provoquée, sur
la tète du porteur, par l'expansion de la mousse notamment. Cette poussée entraîne
des déplacements trop importants (de l'ordre de 5 millimètres alors que la tolérance
est fixée à +/- 1 millimètre) entre les yeux et le visuel. On peut difficilement compenser
ce défaut par un décalage préalable, car le décalage dépend en fait de la morphologie
et de la musculation propre à chaque porteur.
[0017] Par ailleurs, la poussée et la réaction chimique exothermique de la mousse injectée
dépendent de sa densité, c'est-à-dire du rapport entre la quantité de matière injectée
et le volume réel compris entre la tête et la forme intérieure de la calotte antichoc,
ce volume étant très difficile à mesurer dans la pratique. Ceci conduit aussi à une
incertitude sur la précision finale de positionnement obtenue.
[0018] D'autres inconvénients de ce procédé existent également :
- douleurs pendant l'opération du fait des systèmes d'immobilisation utilisés (l'utilisateur
doit mordre une planche de positionnement pour maintenir sa tête en place), maux de
tête éventuels dus au produit utilisé et à la réaction exothermique,
- impossibilité de réalisation si la morphologie de l'utilisateur sort d'une gamme de
morphologies prédéfinies, ou bien nécessité d'augmenter systématiquement la quantité
de mousse à injecter et le volume global du casque pour tenir compte de morphologies
plus variées,
- encombrement important de l'installation, nécessité de deux ou trois opérateurs expérimentés,
et durée importante (plusieurs heures) de l'opération.
[0019] L'invention vise à produire un casque personnalisé d'une manière plus simple et en
évitant autant que possible les inconvénients des procédés de la technique antérieure.
[0020] Pour cela, l'invention propose un procédé de fabrication d'un casque comprenant une
calotte interne personnalisée assurant le positionnement du casque sur la tête du
porteur caractérisé par un relevé préalable de la forme de la tête du porteur par
un dispositif de mesure sans contact, lequel relevé préalable est suivi d'une réalisation
de la dite calotte à partir de ce relevé.
[0021] La présence du porteur n'est alors nécessaire que pour le relevé préalable; elle
n'est pas nécessaire pour la réalisation de la calotte interne. Les contraintes pour
le porteur sont beaucoup moins fortes et les problèmes rencontrés du fait de l'injection
directe de mousse sur la tête du porteur disparaissent.
[0022] Le relevé préalable se fait de préférence par un procédé de mesure optique, notamment
par un scanner à rayon laser qui tourne autour de la tête de l'utilisateur en relevant
les distances entre ce scanner et des points de la tête pour obtenir sous forme de
données numériques la forme de la tête.
[0023] Etant donné que la position des yeux de l'utilisateur est très importante, un tel
relevé est de préférence complété par une mesure précise de la position des yeux du
porteur afin de constituer le relevé de forme numérisé. Cette mesure de position des
yeux se fait de préférence par des moyens optiques.
[0024] A partir du relevé de forme, on peut usiner ou définir par moulage la surface intérieure
de la calotte interne du casque pour réaliser la personnalisation, c'est-à-dire qu'on
usine ou on moule soit la calotte interne elle-même soit une garniture personnalisée
qui s'insère dans une calotte interne standard pour la compléter.
[0025] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit
et qui est faite en référence aux figures suivantes dans lesquelles :
- la figure 1, déjà décrite, est un schéma général de casque de pilote avec viseur;
- la figure 2, également déjà décrite, représente une réalisation de casque de la technique
antérieure;
- la figure 3, également déjà décrite, représente un casque avec une garniture personnalisée
en situation d'utilisation ;
- la figure 4, représente un dispositif de relevé de la forme de la tête fournissant
un relevé numérique par rotation d'un appareil de mesure autour de la tête;
- la figure 5, représente un moule de garniture personnalisée avec ses parties standard
et son moule interne personnalisé.
[0026] La mise en oeuvre préférée de l'invention va maintenant être décrite. Dans cette
mise en oeuvre, on réalise une garniture personnalisée à insérer entre la tête et
la calotte antichoc standard (non personnalisée) du casque. Mais on comprendra qu'on
pourraît aussi réaliser directement une calotte antichoc personnalisée.
[0027] La figure 3 représente un casque sur la tête de son porteur 36 avec sa coque 30 et
sa calotte interne standard 31, dans laquelle est placée, à l'aide de pions de positionnement
32 et 33, une garniture composée d'une mousse 34 avec fiocage 35 du côté de la tête
du porteur. Avec un tel casque, la personnalisation est limitée à celle de la garniture.
[0028] La figure 4 représente la mise en oeuvre préférée de l'invention. Dans cette mise
en oeuvre, le relevé de la forme de la tête du porteur est un relevé numérique sans
contact, comme par exemple, un relevé numérique bidimensionnel obtenu par un scanner
3D numérisant des profils formés par un faisceau laser plan.
[0029] Un tel relevé de la forme d'une tête peut consister en une numérisation de méridiens
illuminés par le laser et captés par une caméra dans une tête rotative de numérisation
52 en rotation autour d'un axe vertical 53 d'une plate-forme fixe 55.
[0030] Pour faciliter la numérisation de la forme de la tête par un tel scanner, le porteur
porte par exemple un bonnet élastique mince destiné à plaquer les cheveux sur le crâne
comme le ferait le casque et présentant une couleur et un état de surface adaptés
au scanner.
[0031] Le porteur est ensuite placé dans un fauteuil dont le dossier est incliné de manière
représentative du siège de l'avion. Le porteur se place dans une posture naturelle
de tête en fixant son regard à l'horizontale en regardant son image dans le miroir
semi-réfléchissant 54 disposé devant lui. La position immobile de la tête est maintenue
par une plaque à mordre, un appui mentonnier ou une minerve ergonomique réglable suivant
les six degrés de liberté et relié au fauteuil.
[0032] Le fauteuil est mobile par rapport à la plate-forme fixe 55, il est déplacé dans
le plan horizontal de façon à faire correspondre le sommet du crâne du sujet avec
l'axe de rotation mécanique 53 du scanner, puis ajusté en hauteur afin d'optimiser
le relevé de forme et de réduire les zones d'ombre.
[0033] La numérisation complète de la tête peut être réalisée en une révolution du scanner
en 15 secondes.
[0034] La résolution moyenne de cette numérisation est voisine de 0,5 millimètre et la précision
de l'ordre de 0,1 millimètre.
[0035] La séance se termine par les mesures des coordonnées spatiales des yeux et de points
anatomiques éventuels, par des visées de différentes lunettes.
[0036] Pour permettre un positionnement rigoureux du visuel du casque par rapport à l'oeil
du porteur, le dispositif de la figure 4 mesure la position du centre de chaque oeil
du porteur par rapport à la plate-forme fixe 55.
[0037] Chacune des trois lunettes de visée 56, 57 et 58 est placée sur une règle linéaire
à codage numérique, respectivement 59, 60 et 61, ces règles permettent de mesurer
deux coordonnées d'un point du porteur à numériser. Le système de règles numériques
et de lunettes est au préalable harmonisé en position avec le repère de numérisation
du scanner à l'aide d'une pièce d'étalonnage.
[0038] Le porteur maintient son regard fixe à l'aide du miroir semi-réfléchissant 54 disposé
devant lui.
[0039] Une lunette 56 est disposée devant le visage du porteur et permet à un opérateur
de relever les coordonnées des yeux du porteur en hauteur et en largeur en réglant
la position de cette lunette.
[0040] Les deux autres lunettes 57 et 58, orthogonales à la lunette 56, sont placées de
part et d'autre du porteur pour que l'opérateur mesure la cote de profondeur d'une
part de l'oeil gauche en réglant la position de la lunette de visée 57, et d'autre
part de l'oeil droit par réglage de la lunette 58.
[0041] La numérisation de la tête du porteur est ensuite utilisée pour réaliser la garniture
personnalisée définie ci-dessus, ainsi que des éléments internes du casque comme par
exemple la position des écouteurs.
[0042] Cette numérisation peut être utilisée par une machine d'usinage numérique pour réaliser
un moule interne de la garniture.
[0043] Une réalisation de moule de garniture est présentée sur la figure 5, elle comprend
d'une part un socle standard 63 dans lequel s'insère un moule interne personnalisé
64, et d'autre part un moule externe standard 65, correspondant à la forme intérieure
de la calotte antichoc standard du casque.
[0044] Le moule interne présente une face interne 67 standard permettant de le positionner
précisément par rapport au socle 63 et une face externe 66 personnalisée représentant
la forme de la tête du porteur. Le moule externe 65 s'adapte sur le socle de façon
à obtenir un espace correspondant à la garniture entre le moule externe 65 et le moule
interne 64. La garniture est ainsi réalisée par injection par l'orifice 68 lorsque
les deux moules 65 et 64 sont bloqués sur le socle 63. Des pions de centrage sont
formés sur la garniture pendant cette opération de moulage par le remplissage des
cavités 69 et 70.
[0045] La garniture peut aussi être réalisée à partir d'un bloc de mousse, par usinage à
l'aide d'une machine numérique exploitant la numérisation ci-dessus, puis habillage
par un terme de confort et de finition.
[0046] Après fabrication la garniture personnalisée est placée dans un casque standard.
[0047] Un tel procédé de fabrication de casque permet la réalisation d'un casque à visuel
intégré adapté au porteur sans ajout d'un dispositif mécanique de réglage du visuel.
[0048] Il permet de séparer dans le temps et dans l'espace les deux étapes principales de
réalisations constituées d'une part du relevé de forme de la tête et d'autre part
de la réalisation de la garniture personnalisée.
[0049] Le relevé de forme décrit dans la mise en oeuvre préférée de l'invention est propre
et peu contraignant pour le porteur puisqu'il n'y a pas de poussée exercée sur la
tête, comme dans la réalisation de garniture par moulage direct sur la tête même du
porteur, l'immobilisation étant assurée sans douleur par une planche à mordre simple
sans prise d'empreinte dentaire.
[0050] Le relevé nécessaire de forme de la tête est plus exactement limité au relevé de
la partie de la tête qui sert à définir la garniture personnalisée.
[0051] La première étape nécessite une présence du porteur limitée à quelques dizaines de
minutes et, pour plus de confort, un dispositif de relevé de forme de tête peut être
installé, par exemple, dans un camion pour permettre d'effectuer les relevés sur le
lieu de travail des porteurs de casque.
[0052] La seconde étape s'effectue sans le porteur, par exemple en usine car le réglage
du casque sur la tête du porteur est défini dans la première étape.
[0053] Des garnitures de rechange peuvent être fournies à la demande sans contrainte de
présence du porteur.
[0054] De même il est possible d'intégrer des options dans la réalisation de la garniture
sans réitérer la prise de forme comme par exemple, le choix du matériau de la garniture,
le choix du tissu de finition, le choix du type de casque ou même le choix de la position
du visuel en site.
[0055] Un autre avantage de l'invention est le fait que le relevé de forme préalable permet
de déterminer à l'avance la quantité de matière à injecter pour réaliser la calotte
personnalisée.
1. Procédé de fabrication d'un casque (30) comprenant une calotte interne personnalisée
(31, 34) assurant le positionnement du casque sur la tête (36) du porteur caractérisé par un relevé préalable de la forme de la tête du porteur par un dispositif de mesure
sans contact, lequel relevé préalable est suivi d'une réalisation de la dite calotte
personnalisée à partir de ce relevé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le relevé préalable de la forme de la tête du porteur est effectué par un scanner
optique 3D.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la calotte personnalisée est usinée à l'aide d'une machine numérique, à partir du
relevé préalable de forme.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce la calotte personnalisée comprend une calotte standard (31) dans laquelle s'insère
une garniture personnalisée (34).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'on réalise un moule de calotte personnalisée d'après le relevé.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise un moule de garniture personnalisée (34) d'après le relevé.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pendant le relevé préalable, la position des yeux de l'utilisateur est relevée dans
les trois dimensions.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la position des yeux est mesurée par un dispositif (58, 61, 56, 59, 57, 60) relevant
au moins les coordonnées des yeux en hauteur et en largeur et la profondeur de chacun
des yeux.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la position des yeux est relevée par un dispositif optique (56, 57, 58).
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la tête est immobilisée pendant le relevé de forme et de position des yeux.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le casque comprend un dispositif d'affichage intégré nécessitant un positionnement
très précis par rapport aux yeux du porteur.
1. Method of manufacturing a helmet comprising a personalized internal cap which positions
the helmet on the wearer's head, characterized by a prior determination of the shape of the wearer's head by a non-contacting measurement
device, which prior determination is followed by production of the said personalized
cap on the basis of this determination.
2. Method according to Claim 1, characterized in that the prior determination of the shape of the wearer's head is performed by a 3-D optical
scanner.
3. Method according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the personalized cap is machined with the aid of a numerical-control machine on the
basis of the prior shape determination.
4. Method according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the personalized cap comprises a standard cap into which a- personalized lining is
inserted.
5. Method according to either of Claims 1 and 2, characterized in that a mould for a personalized cap is produced from the determination.
6. Method according to Claim 4, characterized in that a mould for a personalized lining is produced from the determination.
7. Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that during the prior determination the position of the user's eyes is determined in three
dimensions.
8. Method according to Claim 7, characterized in that the position of the eyes is measured by a device determining at least the coordinates
of the eyes in terms of height and in terms of width and the depth of each of the
eyes.
9. Method according to Claim 7 or 8, characterized in that the position of the eyes is determined by an optical device.
10. Method according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the head is immobilized during the determination of the shape and of the position
of the eyes.
11. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the helmet comprises a built-in display device requiring very precise positioning
with respect to the wearer's eyes.
1. Verfahren zur Herstellung eines Helmes mit einer personalisierten Innenschale, die
das Positionieren des Helms auf dem Kopf des Trägers sichert, gekennzeichnet durch eine vorhergehende Vermessung des Kopfes des Trägers durch eine kontaktlose Meßvorrichtung, wobei die vorhergehende Vermessung von der Herstellung
der personalisierten Schale ausgehend von dieser Vermessung gefolgt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhergehende Vermessung der Form des Kopfes des Trägers mit Hilfe eines optischen
3D-Scanners erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die personalisierte Schale mit Hilfe einer NC-Maschine aufgrund der vorhergehenden
Vermessung der Form bearbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die personalisierte Schale eine Standardschale aufweist, in welche ein personalisierte
Einlage eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die personalisierte Schale eine Form nach der vorhergehenden Vermessung hergestellt
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die personalisierte Einlage eine Form nach der vorhergehenden Vermessung hergestellt
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während der vorhergehenden Vermessung die Stellung der Augen des Benutzers in den
drei Dimensionen vermessen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Augen durch eine Vorrichtung gemessen wird, die mindestens die Koordinaten
der Augen bezüglich der Höhe und der Breite sowie die Tiefe jedes einzelnen Auges
aufnimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Augen durch eine optische Vorrichtung vermessen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf während der Vermessung der Form und der Augenstellung festgehalten wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Helm eine integrierte Anzeigevorrichtung aufweist, die ein sehr genaues Positionieren
bezüglich der Augen des Trägers erfordert.