Brevet FR2139682A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne les dispositifs permettant de déterminer le profil d'une surface et plus particulièrement le profil des routes. On connaît des dispositifs pour déterminer le profil d'une surface, notamment un dispositif constitué d'un interféromètre sur lequel tombe un faisceau lumineux monochromatique et cohérent, qui donne naissance à la sortie de cet- interféromètre à des tranches lumineuses parallèles et sensiblement équidistantes, séparées par des tranches sombres. La surface à étudier reçoit ces plans lumineux qui dessinent sur cette surface des lignes qui correspondent à des courbes de niveau. Le dispositif décrit ci-dessus est un appareil de laboratoire relativement fragile qui ne peut etre appliqué qu'à l'étude de la forme des surfaces d'objets de petites dimensions. Il ne peut donc être employé industriellement, par exemple pour-I'etude du profil des surfaces des routes. On comXaît aussi des dispositifs d'analyse de profil de surface comme par exemple la terre, comprenant un générateur laser émettant un faisceau lumineux dévié par un miroir qui est animé d'un mouvement de rotation pour que le faisceau dévié balaie un plan. Ce faisceau lumineux'illumine une ligne de la terre. Associé au miroir tournant, un objectif de concentration forme sur un élément photosensible l'image de chaque point de la ligne illuminée par le faisceau. Pour connaître le profil de la ligne éclairée, le dispositif comprend, en outre, un télémètre qui permet de mesurer l'altitude de chaque point de cette ligne. Généralement ces dispositifs sont disposés à bord d'engins volants et sont appliqués à la détermination du profil de surfaces ayant, le long d'une ligne, de relativement grandes différences d'altitude. I1 est aussi bien évident qu'avec un tel dispositif il n'est pas possible de déterminer par exemple le profil d'une route où les différences de niveau ne sont que de l'ordre de quelques centimètres. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de détermination du profil de surfaces, de structure très simple et pouvant déterminer très facile ment et avec grande précision des dénivellements de faible amplitude. La présente invention a pour objet un dispositif permettant de déterminer le profil d'une surface comprenant - une source émettant un faisceau lumineux, - un déviateur déviant le faisceau pour éclairer ladite surface, - des moyens pour effectuer un balayage d'un plan par ledit faisceau dévié, - un objectif pour former les images des impacts dudit faisceau sur ladite surface, - et un élément photosensible recevant lesdites images caractérisé par le fait que l'axe optique dudit objectif fait avec ledit plan un angle non nul et coupe ledit plan en un point situé au voisinage de cette dite surface. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel la figure 1 représente le schéma de principe du dispositif selon l'invention et la figure 2 un mode de réalisation avantageux d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif illustré selon la figure 1 comprend une source lumineuse, comme un générateur laser 1, émettant un faisceau de faible section 2 tombant sur un déviateur comme par exemple un miroir 3 associé à des moyens 4 permettant de l'animer d'un mouvement de rotation de façon que le faisceau dévié 5 balaie un plan fixe. Ce faisceau 5 est dirigé vers la surface 6 dont on veut étudier le profil. Au cours du balayage de ce plan, le faisceau 5 détermine sur cette surface 6 une trace lumineuse 7 dont chaque point diffuse de la lumière lorsqu'il reçoit l'impact du faisceau lumineux. Le dispositif comprend un objectif 8, disposé de façon que son axe optique 9 coupe le plan de balayage du faisceau 5 en un point situé sensiblement au niveau de la surface 6 et fasse avec le plan un angle différent de zéro, et un élément photosensible 10 recevant les images des points de la trace 7 données par l'objectif 8. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque le miroir 3 est animé d'un mouvement de rotation, le faisceau 5 détermine sur la surface 6 ia trace 7. Llobjectif 8 forme sur l'élément photosensible 10, du fait que son axe optique fait avec le plan de balayage du faisceau 5 un angle a différent de zéro, une image de la projection de la trace 7 caracteris- tique des dénivellations de la surface 6 et située sensiblement sur un plan perpendiculaire à l'axe optique 9. Donc connaissant la valeur de cet angle a et la distance focale de l'objectif 8, il est facile de déterminer les différences de niveau de la surface 6 le long de la trace 7. Ainsi si h est la distance entre l'image d'un point de la trace 7 et l'axe optique de l'objectif 8, la dénivellation H du point de la trace par rapport à ce h même axe optique est donnée sensiblement par la formule H = K hna, k étant fonc- tion de la distance focale de l'objectif 8. Cette détermination de différence de niveau n'est valable qu'au voisinage de l'axe optique 9 de l'objectif 8. En effet, lorsque l'objectif 8 forme l'image d'un point de la trace 7 éloigné de l'axe optique 9, il est nécessaire d'introduire dans la détermination du profil de la surface un eoefficient correctif dépendant de la distance des points de la trace à l'axe optique 9, c'est-à-dire de l'angle formé par la direction du faisceau lumineux 5 avec le plan déterminé par l'axe 9 de l'objectif 8 et le point autour duquel le faisceau 5 subit une rotation. La figure 2 représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif industriel qui de plus permet de pallier l'inconvénient mentionné ci-dessus. Le dispositif représenté sur la figure 2 comporte un générateur laser 21 émettant un faisceau 22 de faible section tombant sur un prisme à réflexion totale 23 solidaire d'un arbre 24 d'un moteur 25. Le prisme 23 dévie le faisceau 22 vers la surface a étudier 26. Lorsque le prisme est animé d'un mouvement de rotation, le faisceau dévié 27 balaie un plan. L'autre extrémité de l'arbre 24 du moteur 25 comporte un diaphragme de champ comme un miroir 28 permettant de sélectionner l'image de l'impact 30 du faisceau 27 sur la surface 26 pour un objectif 29 dont le plan focal est sensiblement confondu avec la surface de réception par exemple d'un photomultiplicateur à balayage 31.Ce photomultiplicateur à balayage délivre un signal lorsqu'une image est détectée sur sa surface de réception, c' est-à-dire lorsque, au cours du balayage, les électrons émis par la surface de réception au niveau de l'image sont dirigés vers la fenêtre d'entrée de la chalne d'amplification du photommltiplicateur. Le balayage du photomultiplicateur est commandé par un codeur angulaire 34 couplé à l'arbre du moteur 25 à travers un circuit de commande 35. Ce codeur angulaire délivre des signaux permettant de déterminer la position du prisme 25 et par conséquent la position du faisceau 27.Chaque impulsion du codeur 34, d'une part déclenche le balayage du photomultiplicateur 31, et d'autre part commande ltouverture d'une porte 32 dont les deux autres entrées Bont reliées respectivement aux sorties d'une horloge 36 et du photomultiplicateur 31 de préférence à travers un amplificateur 33. La sortie de la porte 32 est reliée à ltentrée d'un compteur 37 comptant les impulsions délivrées par l'horloge 36. Ces impulsions sont comptées entre l'instant d'émission d'une impulsion émise par le codeur 34 et l'instant d'émission du signal électrique de sortie du photo multiplicateur 31.Le nombre. d'impulsions enregistrées dans le compteur est représentatif de la po ition de l'image d'un point de la trace 30 par rapport à un point de référence qui est généralement le point d'intersection de l'axe optique de l'objectif-29 avec la surface de réception du photomultiplicateur 31. La sortie du compteur 37 peut être reliée à l'entrée d'une mémoire 38 dont la sortie est reliée par exemple à l'entrée d'un système d'affichage comme un enregistreur 39. Avantageusement > pour faciliter les mesures avec le photomultiplicateur, le -dispositif comprend entre le miroir tournant 28 et l'objectif 29 un prisme de WÔllaston 40 animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe optique de l'objectif 29 par un moteur 41 dont la vitesse de rotation est synchronisée avec la rotation du moteur 25 par un organe de synchronisation 42 de façon que le prisme de Wollaston tourne, dans le cas d'un prisme de Wollaston comportant une réflexion interne, à une vitesse égale à la moitié de celle du moteur 25. Ce prisme de gollaston permet de concentrer les images sur une ligne de la surface de récep tion du photomultiplicateur 31. De plus, pour éliminer les lumières parasites pouvant provenir d'autres points que ceux de la trace 30, le dispositif comporte avantageusement un filtre optique 43 dont la bande passante est centrée sur la longueur d'onde-d'emission du laser 21. Pour obtenir une correction en fonction de la position angulaire du prisme 23, la fréquence de balayage du photomultiplicateur 31 est modulée en fonction des signaux émis par le codeur angulaire 34. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Dispositif permettant de déterminer le profil d'une surface comprenant - une source émettant un faisceau lumineux, - un déviateur déviant le faisceau pour éclairer ladite surface, - des moyens pour effectuer un balayage d'un plan par ledit faisceau dévié, - un objectif pour former les images des impacts dudit faisceau sur ladite surface, - et un élément photosensible recevant lesdites images caractérisé par le fait que l'axe optique dudit objectif fait avec ledit plan un angle non nul et coupe ledit plan en un point situé au voisinage de cette dite surface. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit déviateur et lesdits moyens pour effectuer un balayage d'un plan par ledit faisceau dévié sont constitués par un élément réfléchissant associé à un organe d'entraînement en rotation. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un diaphragme de champ dudit objectif. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit diaphragme de champ est constitué par un miroir. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour entralner en rotation ledit miroir et des moyens de synchronisation permettant de synchroniser la rotation dudit miroir avec la rotation dudit élément réfléchissant. 6/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit élément photosensible est constitué par un photomultiplicateur à balayage commandable. 7/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'il comporte un codeur angulaire délivrant des signaux fonction de la position angulaire du faisceau dévié, un circuit de commande dont l'entrée est reliée à la sortie dudit codeur angulaire et dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du balayage dudit photomultiplicateur, une porte de commande dont deux entrées sont respectivement connectées aux sorties dudit photomultiplicateur et dudit codeur angulaire, une horloge délivrant des impulsions dont la sortie est connectée à un compteur par l'intermédiaire de ladite porte et une mémoire dont l'entrée est connectée à la sortie dudit compteur associée à un système d'affichage. 8/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comprend un filtre optique de bande passante centrée sur la fréquence d'émission de ladite source, disposé devant ledit objectif. 9/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'il comprend un prisme de Wollaston disposé entre ledit miroir et ledit objectif, centré sur l'axe optique de cet objectif, des moyens pour entraîner en rotation ledit prisme de Wollaston et des moyens pour synchroniser la rotation dudit prisme de Wollaston avec la rotation dudit miroir. 10/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ladite source est un générateur laser.