Brevet FR2001682A1 — publié le 19691126

Ô30S8 1 2001682 L'invention concerne un procédé pour reconnaître un corps ou la position et l'orientation de ce corps dans l'espace, ainsi que des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé» De tels procédés sont nécessaires par exemple lorsque, au cours de la fa-5 brication, un corps ayant subi un traitement déterminé doit être ramené exactement dans la position qu'il occupait précédemment. De plus, de tels procédés sont nécessaires pour résoudre certaines problèmes de techniques de mesure, par exemple la mesure d'une variation de longueur, d'une variation angulaire ou d'une gran-10 deur analogue. Le procédé conforme à l'invention peut également être utilisé pour l'analyse de vibrations de corps et de modifications de matériaux* Il existe divers procédés pour reconnaître la position et l'orientation d'un corps dans l'espace. Dans les procédés poti-15 ques, des repères, prévus, d'une manière appropriée sur le corps, sont généralement amenés par projection en coïncidence avec des repères prédéterminés (par exemple des réticules). La position et l'orientation du corps sont alors rapportées à ces repères prédéterminés. 20 Ces procédés présentent certains inconvénients. Tout d'abord, ils requièrent une observation subjective, c'est-à-dire qu'un observateur doit décider de la variation de position et d'orientation qui conduit à une meilleure coïncidence et finalement à la meilleure coïncidence du repère représenté 25 et du repère donné. XI est donc très difficile d'automatiser l'ajustage. De plus, l'inertie de l'oeil humain limite la vitesse de réglage et la détermination de rapides variations de position et d'orientation. De plus, pour des positionnements à plusieurs degrés de liber- 20 par exemple des mouvements linéaires et des mouvements de rotation, il faut disposer d'un nombre approprié de repères de référence et de systèmes de représentation correspondants. Les repères prévus sur le corps doivent coïncider, en plusieurs cycles d'ajustage, avec les repères de référence. On ne saurait 35 donc obtenir une indication simple de la position et de l'orientation du corps. En troisième lieu, le corps doit être pourvu de repères appropriés, à moins qu'il ne comporte incidemment des structures suffisamment nettes par rapports auxquelles on peut régler. ^0 L'invention élimine ces inconvénients des procédés connus. De plus, le procédé conforme à l'invention permet de résoudre cer 69 03058 2 2001682 tains problèmes qui n'avaient pas reçu de solutiot^usqu'à présent . Le procédé décrit présente la particularité que la distribution d'intensité, qui se produit lors de la dispersion d'ondes 5 cohérentes au corps, est enregistrée et stockée dans une partie du dispositif et lors d'une variation du corps, ou de 3a position et de l'orientation de ce corps, la distribution d'intensité ainsi modifiée est comparée avec la distribution stockée. La distribution d'intensité stockée, l'information concernant 10 les propriétés de dispersion des parties éclairées du corps, ainsi que celle concernant l'orientation et la position du corps par rapport aux ondes incidentes, déterminent, d'une manière uni-voque le corps ainsi que sa position et son orientation. Pour reconnaître un corps ou déterminer les coordonnées de sa position 15 la distribution d'intensité, produite par la dispersion du corps à examiner, est comparée avec la distribution stockée. Le système de référence dans lequel les valeurs de mesure sont déterminées, est défini par les ondes incidentes ainsi que par la position et la forme du dispositif d'enregistrement. Les propriétés 20 de ces ondes et de ce dispositif, ainsi que la position relative de ceux-ci doivent donc être maintenues constantes dans le cadre de la précision désirée. Par contre, le système de référence total peut être déplacé arbitrairement dans l'espace. De plus, la position et l'orientation de la mémoire n'exercent aucune influ-25 ence, pour autant qu'elles ne soient pas identiques à celles de l'appareillage d'enregistrement et qu'elle ne soit pas liées rigidement à celui-ci. Le procédé peut être mis en oeuvre avec toutes sortes d'ondes cohérentes (par exemple des ondes acoustiques ou électromagnéti-30 ques ou un rayonnement corpusculaire à longueurs d'onde très divergentes). Un choix judicieux de la nature physique des ondes utilisées et de leur longueur d'onde, permet, dans chaque cas particulier, l'adaptation optimale du procédé au problème posé. Aussi,bien que les formes de réalisation choisies ci-après concer 35 nent de la lumière laser, ce choix n'est fait qu'en vue de la clarté de l'exposé et n'implique pas une limitation de l'invention. Deux grandeurs sont importantes pour la mise en oeuvre du procédé, conforme à l'invention, à savoir la sensibilité de mesu-kO re et le domaine de mesure. Ce dernier est déterminé par la gran 69 03058 3 2001682 deur do la variation des propriétés de dispersion ou delà position et de l'orientation du corps pour laquelle il existe encore tout juste une corrélation mesurable entre la distribution d'intensité, stockée dans la mémoire et la distribution d'intensité 5 mesurée, de sorte que l'on peut déplacer le corps dans le sens d'une corrélation croissante, par exemple pour obtenir un réglage précis. La sensibilité de mesure est déterminée par la grandeur de la variation du signal de comparaison lors d'un réglage différent du corps. Selon l'invention, les deux grandeurs peu-10 vent être données d'avance entre de très larges limites par le choix du nombre et des propriétés des ondes d'irradiation (par exemple leur nature physique, leur longueur d'onde, leur état de polarisation, leur angle de convergence ou de divergence, le diamètre du faisceau). De plus, la sensibilité de mesure et le 15 domaine de mesure peuvent.être influencés d'une manière désirée par la création de certaines propriétés de dispersion (par exemple des directions préférées, des parties périodiques) des parties irradiées du corps. 20 donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. 25 qu'un seul faisceau), un ou plusieurs faisceaux laser 1 sont dirigés sur le corps 2. L'angle de convergence 3 et la dimension transversale de l'endroit irradié, tout comme l'état de polarisa iion, peuvent être réglés à l'aide d'un système optique La distribution d'intensité, due à la granulation caractéristique, 30 de la lumière de dispersion est enregistrée dans une émulsion photographique 6 et stockée après le développement. Etant donné que le processus photographique fournit un négatif de la distribution d'intensité dans le cas idéal (c'est-à-dire un processus photographique linéaire), la lumière dispersée 5 par le corps 2 35 est tout juste recouverte, c'est-à-dire que l'intensité de la lumière convergente 8, transmise par une lentille 7 est minimale et dans le cas idéal, elle est même nulle. Une variation des pro pi'iétés de dispersion du corps, ou de la position de l'orientation de cclui-ci, augmente l'intensité et cette augmentation kO peut tire mesurée à 1'aide d'un détecteur photosensible 9 et La description qui va suivre en regard du dessin annexé, Dans un dispoâtif déterminé (voir la fig. 1, qui ne montre BAD ORIGINAL 69 03058 k 2001682 d'un, dispositif indicateur 10. La variation généralement obtenue du signal de sortie Y (intensité) de ce corrélateur en fonction d'une variation (par exemple le trajet) est représentée sur la fig» 2. Le domaine de mesure 11 est donné par la largeur de 5 cette fonction de corrélation croisée et dépend non seulement des propriétés de la lumière et des propriétés de dispersion du corps, mais également de la nature de la variation. C'es** a-»** si que lors de l'irradiation à l'aide d'un faisceau laser colli*>. maté, on obtient l'indication d'une variation de profondeur avec 10 une sensibilité inférieure de quelques ordres de grandeur à cel» le de l'indication du déplacement latéral du corps. Pour de nombreuses applications, on peut tirer parti de telles propriétés. D'autre part, dans l'exemple précité, on peut augmenter la sensi bilité par l'emploi de plusieurs faisceaux laser ou de plus 15 grands angles de convergence. Jusqu'à présent, on a uniquement tiré parti des propriétés de dispersion naturelles du corps* Toutefois, dans de nombreux cas, on peut communiquer des propriétés de dispersion par±iculiè rement avantageuses à des parties déterminées du corps. C'est 20 ainsi que l'on peut facilement faire en sorte que la rugosité des surfaces de dispersion comporte deux directions préférées. La distribution d'intensité de la lumière dispersée comporte alors, outre la granulation usuelle, une croix plus fortement éclairée qui permet par exemple de percevoir directement une 25 rotation du corps. Pour augmenter le -domaine de mesure, la sensi bilité de mesure restant inchangée, il y a parfois avantage à superposer à la rugosité statique une partie périodique, en ména géant, par exemple par gravure, une sorte de grille dans la surface rvgueuse. La fonction de corrélation croisée de la granula-30 tion comporte alors également une partie périodique, ce qui augmente le domaine de mesure. Dans un autre dispositif conforme à l'invention, la plaque photographique 6 de la fig. 1 est remplacée par la photocathode d'un tube caméra de télévision, et la distribution d'intensité 35 est stockée dans une mémoire d'image de télévision. La distribution d'intensité modifiée est alors comparée dans un corrélateur électrique ou optique. Electriquement, il est plus facile de former la différence, opération au cours de laquelle on projette pour la comparaison l'image de différence sur un raoni— kO teur. De plus, sur une image la valeur moyenne des parties posi 69 03058 5 2001682 tives de l'intensité de l'image différentielle peut être indiquée comme étalon pour l'écart par rapport à lajropriété de dispersion initiale ou de la position et de l'orientation. Par certaines modifications on peut, sans difficultés parti-5 culières, adapter de manière optimale, le dispositif conforme à l'invention pour résoudre un problème particulier. L'invention permet en outre la mise en oeuvre de nouveaux procédés qui seront décrits ci-après. C'est ainsi qu'elle permet de mesurer la variation de posi-10 tion et d'orientation du corps ou d'une partie du corps sans toucher celui—ci par le fait que 1'on communique à l'émetteur et le récepteur, un déplacement pouvant être mesuré tel qu'il existe toujours une concordance optimale entre la distribution d'intensité stockée et celle trouvée. De plus, on peut utiliser une 15 surface non travaillée arbitraire du corps. Des repères additionnels ne sont pas nécessaires, étant donné que la granulation (tout comme les empreintes digitales) comportent déjà les informations relatives à l'élément de surface. Le procédé peut également être utilisé pour mesurer les vibra-20 tions de corps sans toucher ceux-ci* par le fait qu'à l'état de repos du corps, on enregistre et stocke la granulation et qu'à l'aide du corps en vibration, on analyse la variation dans le temps de la fonction de corrélation croisée. Dans un autre groupe d'applications, la position et l'orien-25 tation du corps restent constants. Dans ces cas, une variation de la fonction de corrélation croisée ou d'une fonction de comparaison correspondante est provoquée par une variation des propriétés de dispersion du corps i On peut ainsi reconnaître par exemple un corps déterminé parmi un grand nombre de corps similaires sans 30 qu'il y ait lieu de le munir de repères particuliers. Dans une autre application, on peut étudier les phénomènes de fatigue dans les matériaux chargés mécaniquement par le fait que l'on utilise la variation des propriétés de dispersion du matériau comme étalon pour la fatigue. On ^eut également suivre les variations de 35 phénomènes de corrosion/de sédimentation dans le temps lorsque l'image perçue sous le microscope ne présente pas ou guère de variations. En effet, la granulation étant provoquée par l'interférence du rayonnement de dispersion, il suffit de petites variations des longueurs de trajet optique pour influencer la granula-kO tion. 69 03058 6 2001682 Dans les applications basés sur une mesure des variations des propriétés de dispersion, il y a avantage à modifier périodiquement une ou plusieurs coordonnées de la position avec une amplitude qui est plus grande que le domaine de mesure 11 se 5 produisant dans le cas considéré ou à déplacer de manière corres pondante le faisceau laser. On engendre ainsi, à la sortie du corrélateur croisé, un signal périodique de fréquence double dont l'amplitude est proportionnelle à la corrélation maximale. 69 03058 7 2001682 REVENDICATIONS. 1. Procédé pour reconnaître un corps ou la position et l'orientation de corps dans l'espace, caractérisé en ce que la distribution d'intensité, qui se produit lors de la dispersion d'ondes co- 5§ hérentes au corps, est enregistrée et stockée dans une partie du dispositif et lors d'une variation du corps, ou de la position et de l'orientation de ce corps, la distribution d'intensité ainsi modifiée est comparée avec la distribution stockée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 nombre et les propriétés des ondes irradiant le corps donnent d'avance la largeur de corrélation par rapport au déplacement ou à la rotation du corps dans l'espace entre de très larges limites, ce qui détermine la sensibilité de mesure et le domaine de mesure. 3* Pfcocédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 15 la sensibilité de mesure et le domaine de mesure sont influencés par des variations des propriétés de dispersion des parties irradiées du corps. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou caractérisé en ce que la granulation est déterminée à l'aide d'une caméra de télé- 20 vision, et est stockée dans une mémoire de télévision et, pour reconnaître le tout, la distribution d'intensité trouvée est compa-• rée, dans un eorrélateur électrique ou optique, avec la distribution stockée dans la mémoire. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 25 pour reconnaître le tout, on forme la différence entre la distribution d'intensité trouvée et la distribution stockée dans la mémoire, et on la reproduit par exemple sur un moniteur. 6. Procédé pour mesurer la variation de la position et l'orientation d'un corps ou d'une partie du corps selon l'une des revendi- 30 cations 1 à 5j caractérisé en ce que l'émetteur des ondes cohérentes et le récepteur sont déplacés d'une manière qui peut être mesurée, de façon qu'il existe chaque fois une concordance optimale en-*tre la distribution d'intensité stockée dans la mémoire et la distribution d'intensité trouvée. 35 7- Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour mesurer les vibrations d'un corps sans toucher celui-ci, on mesure les variations dans le temps de la fonction de corrélation croisée. 8. Procédé selon une des revendications 1 à 5s caracté- 40 risé en ce que pour analyser des phénomènes de fatigue 69 03058 8 2001682 dans les matériaux sollicités mécaniquement, on utilise comme étalon de la fatigue de la matière la variation des propriétés de dispersion obtenues lors d,une position fixe du. corps. 9. Procédé selon une des revendications précédentes,, caraeté-5 risé en ce que, pour analyser les phénomènes de corrosion et de sédimentation, on utilise comme étalon pour la corrosion ou la sédimentation la variation des propriétés de dispersion obtenues» pour une position fixe de l'endroit de dispersion.. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9» caractérisé en ce 10 qu'une ou plusieurs des coordonnées de position du corps à examiner sont modifiées périodiquement avec une amplitude qui est plus grande que le domaine de mesure se produisant dans le cas considéré . 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que 15 le faisceau laser est déplacé de manière correspondante. 12. Dispositif pour la mise en oeuvre du. procédé selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu.£un ou. plusieurs faisceaux laser sont dirigés sur le corps et une- émulsion photographique est prévue pour enregistrer et stocker la granulation obte- 20 nue par la dispersion de la lumière laser. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que pour la comparaison on utilise un eorrélateur croisé dans lequel la lumière traversant 1'émulsion photographique éclairée et développée est convergée à l'aide d'un système optique et projetée 25 sur un dispositif dé mesure photosensible. 14. Dispositif selon la revendication 12 au 13* caractérisé en ce que la partie du corps dispersant le rayonnement présente au moins une direction préférée de la propriété de dispersion (par exemple la rugosité). 30 15. Dispositif selon la revendication 12 ou 13* caractérisé en ce que la partie du corps dispersant le rayonnement comporte au moins une fraction périodique de la propriété de dispersion (par exemple la rugosité).