Outils Théodolite électronique/télémètre DIY

[furynick]

Pour ceux qui l'ignore, un théodolite permet de mesurer des angles dans deux plans.
Très pratique dans le bâtiment pour faire du relevé topographique c'est un appareil qui coute les yeux de la tête pour une utilisation très spécifique.

J'ai récemment acquis un terrain pour y construire ma future maison et je voulais faire un relevé topo pour modéliser et estimer/ajuster les volumes de terrassement mais ma petite fibre de Maker m'avait poussé sur la voie du DIY.

C'est aujourd'hui chose faite avec en prime un télémètre laser pour faire du relevé 3D direct.
Le fonctionnement est simple :

• un IMU (Inertial measurement unit) pour calculer les angles
• un télémètre laser pour mesurer les distances
• un arduino avec un écran pour afficher les infos
• une mire à cibler pour faire des mesures à peu près précises
• un programme kivabien pour faire fonctionner tout ce petit monde

J'ai récupéré un ancien contrôleur de vol de drone avec un MPU6050 et j'avais acheté un module laser l'année dernière pour cette occasion (mais j'ai l'impression que les prix ont flambé depuis).

L'écran affiche la distance mesurée ainsi que les angles dans le plan horizontal (±90°) et vertical (0-90°) avec une représentation sommaire de l'angle.

Côté code rien de très compliqué, il fallait juste trouver la bonne doc du capteur laser

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Il ne reste plus qu'à modéliser et imprimer un boitier 3D pour pouvoir abriter tout ça et le fixer sur un trépied.

 

[phil135]

ambitieux
ce genre de réalisation diy peut prétendre à quelle précision ?

 

[gégé62]

Merci pour le partage.
Beau travail !
on peut t'aider pour le trépied ?

 

[wika58]

Génial comme réalisation.

J'ai travaillé un certain temps dans la télémétrie (et la transmission) laser.
On détournaient des distancemètres (Wild-Leica) pour une positionnement X-Y de ponts roulants ou de grosses machines dans l'industrie lourde...

Quelle portée atteins-tu et avec quelle précision ?

Quel genre de reflecteur/cible utilises-tu ?

Merci pour le partage.

 

[furynick]

@gégé62 : j'avais acheté un niveau laser avec trépied il y a des lustres donc j'ai ce qu'il faut merci
@phil135 : très bonne question, la réponse sera un peu plus complexe qu'un chiffre.
Le théodolite "analogique" utilise de mémoire des règles en verre gravé avec une précision qui doit tourner autour du dixième voire du centième de degré si je ne m'abuse (ça fait presque 30 ans que j'en ai pas touché un). Je pense que les théodolites actuels les plus performants peuvent taper dans le millième donc au final on doit facilement approcher le millimètre de précision en relevé topo.

Dans mon cas, j'utilise un MPU6050 qui mesure des accélérations/vitesses de rotation et pas des angles.
Ceux-ci sont obtenus par interpolation des différentes mesures des 6 axes (accélérations X/Y/Z + rotation autour des 3 axes) donc on fait plutôt dans l'imprécision d'autant que la température a une influence non négligeable ainsi que d'autres paramètres (cf. https://github.com/ElectronicCats/mpu6050/blob/master/examples/IMU_Zero/IMU_Zero.ino).
On voit de toutes façons clairement les dérives rien qu'avec le temps mais un relevé topo se fait en aller/retour. Ça signifie qu'on fait une série de mesures et qu'on chemine à l'envers jusqu'au point d'origine ce qui permet d'atténuer les dérives et les erreurs en moyennant les valeurs.

A vue de nez, de façon absolument empirique je dirais 5/10cm ça serait déjà un bel effort. Pour calculer des volumes au mètre cube ça sera largement suffisant.

@wika58 : Le télémètre est donné pour 80m avec deux niveaux de précision 1mm et 0,1mm
Il y a plusieurs paramètres sur lesquels on peut influer mais je ne pense pas prendre le temps de tester la précision de l'appareil dans les différents modes.
Après, c'est du chinois (DFRobot SEN0366) donc les caractéristiques sont toujours un peu optimistes.

 

[lion10]

Bonjour

Je n'ai pas lu attentivement le code je précise.
Pour votre mesure vous avez une double cible à 2 hauteurs différente j'imagine afin de ne pas avoir à la planter 2 fois en terre avec le risque de créer une erreur de mesure en ne repiquant pas la cible à la même distance, voire à la même profondeur.
Mais même avec cette hypothèse les cotés du triangle mesurés par le laser ne correspondent pas forcément à un triangle rectangle, mais ce n'est qu'un calcul ensuite.
Lorsque vous piquez ensuite votre second piquet sur la droite par exemple pour atteindre un autre coin du terrain vous procédez de même sans vous souciez de la profondeur car votre système mesure l'angle par rapport à l'horizontal, d'autre part c'est forcément différent sauf à avoir un terrain parfaitement nivelé.
cdlt lion10

 

[wika58]

Merci pour les infos.

Quel genre de réflecteur/cible utilises-tu ?

 

[greg_elec]

Génial mon père était géomètre que de souvenirs ...

 

[Dudulle]

Bonjour

Pour mesurer un angle avec ce type de capteur il faut intégrer l'accélération axiale, et le capteur n'est pas particulièrement précis à la base. Je dirais que l'erreur sur un angle droit pourrait être de 1°
A noter qu'il existe des rapporteurs numérique chez lidl pour une 10aine d'euros. J'en ai combiné 2 pour faire une sorte de "théodolite du pauvre" pour l'astronomie, c’est précis à 0.2° environ.

 

[furynick]

@lion10 : la mire est équipée d'un niveau à bulle pour qu'elle soit positionnée le plus verticalement possible. C'est une simple mire de chantier qui est fournie avec les niveaux laser. Il suffit de prendre une référence fixe dessus et de la viser avec le pointeur laser.
Il n'y a qu'une seule cible, le plan horizontal est déterminé par la carte en la positionnant de niveau au démarrage.
En conséquence, les triangles mesurés sont obligatoirement rectangle (avec la précision approximative du niveau à bulle de positionnement).

@Dudulle : aucune idée, il faut que je regarde comment améliorer la précision du MPU pour en tirer le meilleur parti. La lib utilisée gère déjà pas mal de compensations et les angles relevés semblent assez cohérents. Par contre, le rapporteur numérique il te faut un niveau laser externe pour le calibrer et le mettre à l'horizontale. Pour du différentiel c'est top mais pour de l'absolu c'est un peu plus compliqué.

P.S. Il est même possible de positionner le MPU sans niveau à bulle en cherchant l'absence d'accélération sur deux axes ce qui conduit à obtenir la gravité pure sur le 3ème axe. Ça peut faire l'objet d'un code spécifique pour le positionnement et l'initialisation de l'appareil.

 

[phil135]

J'en ai combiné 2 pour faire une sorte de "théodolite du pauvre" pour l'astronomie

ça ça m'interesse . concretement c'est fait comment ?

 

[Dudulle]

Je ne l'ai pas sous la main pour faire une photo, mais c'est relativement simple : Un rapporteur est fixé sur une planchette avec un niveau à bulle, il tourne horizontalement, et l'autre est fixé dessus, il pivote verticalement. Le même type que ceux ci : https://www.lidl.be/p/fr-BE/parkside-rapporteur-d-angle-ou-pied-a-coulisse-numerique/p100350456002
Enfin un laser vert est fixée sur le second rapporteur.

On met la planchette bien de niveau et on règle le rapporteur vertical sur 0 (physiquement et en appuyant sur le bouton), on vise l'étoile polaire avec le laser et on règle le rapporteur horizontal sur 0. Si tout s'est bien passé le vertical doit alors indiquer la valeur de latitude du lieu d'observation.
Ensuite on utilise une application (Stellarium pour ma part) pour chercher les coordonnées des astres que l'on veux observer. On voit le faisceau laser à l’œil, ou dans les instruments ce qui facilite le pointage.
Attention avec ce système les coordonnées changent en continu, donc on doit pointer assez vite la cible, et elle va se décaler dans le temps.

 

[furynick]

J'ai intégré le code d'étalonnage pour régler les décalages du MPU en automatique.
La procédure est un peu longue mais la stabilité s'en ressent grandement, à priori j'ai beaucoup moins de dérive dans le temps.
Du coup il n'y a même pas besoin de positionner la carte à l'horizontale pour avoir des mesures correctes vu que le MPU considère que sa position est horizontale au démarrage.
Il suffit donc juste de la positionner à l'endroit souhaité, la garder totalement immobile pendant 4/5mn et laisser faire le programme.
Bien entendu, la carte sera positionnée au mieux pour qu'elle soit la plus horizontale possible, ça aidera certainement à obtenir des valeurs précises.

 

[Plastik]

Salut!
Tout d'abord je te confirme que les Théodolites Leica actuel mesures les angles en dessous du millième de degrés.

Ensuite, effectivement, c'est a mon avis la précision angulaire du MPU qui va etre "dimensionnante" pour toi.
En prenant le problème à l'envers, si on fait comme hypothèse que tu vas mesurer des points à 20m de distance et que tu souhaites un précision de 10cm, il faut que ton MPU mesure les angles à +/-0.28 deg.

 

[furynick]

Il les mesure sans problème ... mais je doute qu'ils soient précis vu qu'il ne s'agit que d'interpolation.

Peu importe, la précision n'est pas réellement le but recherché, c'est plus l'exercice de style qui m'intéresse dans le projet.
Faire un théodolite DIY plus précis pourrait simplement utiliser des capteurs magnétiques ou même des encodeurs rotatifs.

J'ai retrouvé la facture du télémètre laser que j'avais acheté à 80€ sur Mouser l'été 2023. On peut trouver du china quality aux alentours de 40€.
Tout le reste c'est de la récup.

 

[phil135]

et l'autre est fixé dessus

c'est justement l'empilage que je me représente mal, parce qu'il faut quand même un truc rigide

 

[Dudulle]

ce n'est pas d'une rigidité à toute épreuve, mais ça marche tout de même assez bien. J'ai simplement fixé le rapporteur du dessous sur celui du dessous à l'aide d'un morceau d'un tasseau de bois collé à l'araldite (je n'avais pas encore d'imprimante 3d a l’époque).