Brevet FR2250978A1 — publié le 19750606

la présente invention concerne un dispositif pour la détermination d'an moins une coordonnée de la position d1un point à l'aide d'un repère d'exploration se déplaçant par rapport a' des récepteurs photo-électriques. Pour mesurer des coordonnées, on sait déjà utiliser des broches dont les rotations sont affichées en unités digitales de longueur ou d'angle. Mais on sait que la fabrication de broches de précision, telles telles qu 1en nécessite en particulier la mesure de coordonnées, est tres compliquée et coûteuse. Des phénomènes dtusure, des eux, des influences de température inévitables s'exerçant sur le dispositif entratnent des diminu- tions de précision dans la usure qnl. obligent a' procéder à des rajustements périodiques et fréquents, avec une dépense élevée en instruments et en méthode de mesure qui ne conduit pas dans tous les cas au résultat voulu.Par exemple, lorsqu'il s'agit de suivre avec précision de lignes quelconques en photogrammétrie, il n'est pas toueurs possible de les aborder du mEme c8té affin d'éviter des erreurs de renversement. Enfin, lorsqu'on utilise des broches ou des règles graduées pour la mesure de coordonnées, il est nécessaire de procéder à des conversions dè valeurs analogiques en valeurs digitales et de prévoir des systèmes d'inter- polation plus ou moins compliqués qui augmentent sensiblement le pris de la mesure de coordonnées On sait également mesurer des coordonnées en explorant des grilles par des procédés électriques ou électro-optiques. Dans ce cas, une tête palpeuse se déplace par rapport a' la grille et chaque' fois qu'elle passe une ligne de la grille, il est forme dans ladite tFie palpeuse un signal permettant de constater la position de la tête palpeuse par rapport à la grille à l'aide d'un instrument d'affichage. Pour effectuer des mesures précises, ces dispositifs de mesure de coordonnées fonctionnait avec des grilles, nécessitent en général un dispositif d'interpolation qui représente une charge importante en technologie et en prix de revient pour le dispositif de mesure de coordonnées. Etant donné que, fréquemment, la détermination de la valeur mesurée n'est pas possible dans une seule opération de mise au point, la vitesse de mesure est fortement réduite. En outre, notamment avec les dispositifs de mesure de coordonnées à fonctionnement entièrement électrique, il se droit en raison des défauts de précision relativement grands inhérents - la construction et en raison de la distance entre la grille et la t8te palpeuse qui influe de façon désavantageuse sur le rapport signal/bruit, des diminutions de la précision de mesure qui mettent sérieusement en question l'utilisation de ces dispositifs pour une mesure de coordonnées précise. lorsqu'on utilise des grilles optiques pour la mesure des coordonnées, on se heurte très rapidement à une limite en ce qui concerne la précision qu'on peut attem- dre, la vitesse de mesure et les constantes de grille lorsqu' il 5 1 agit de petites valenrs mesurées. La présente invention a pour objet d'éviter les in- convénients t: dessus en créant un dispositif destiné è la mesure de coordonnées, avec lequel il est non seulement possible d'éviter les phénomenes d'usure, les jeux, les réajustements, l'utilisation de mthodes de mesure particulières, et llutili- sation de convertisseurs analogiques-digitaux mais il est égale ment inutile d'utiliser des systèmes d'interpolations complexes et des grilles difficiles â réaliser et présentant des inconvé- nients en raison du mauvais rapport signal/bruit. De pins, llin- vention doit également simplifier le système de mesure et l.opé- ration de mesure elle-m3me de trois coordonnées. Ce résultat est obtenu par l'invention gracie au fait que les récepteurs photo-électriques de même grandeur et de même forme sont disposés les uns derrière les autres sur un rang, dans le voisinage immédiat les uns des autres, et qu'ils sont formes suivant la technique des circuits intégrés, et grâce au fait que la grandeur du repere d'exploration est au moins égale à celle d'un récepteur photo-électrique. l'utilisation des récepteurs photo-électriques selon l'invention et d'un repère d'exploration approprié assure une treks grande précision et une très grande vitesse des mesures de coordonnées parce qu'elle permet de diminuer notablement les complications liées à l'utilisation de moyens mécaniques, et par conséquent de diminuer les défauts de précision, et parce que, contrairement aux métho- des de mesure par grille, cette méthode n'utilise pas de dispo positif d'interpolation, mais seulement un système émetteur- récepteur dans lequel la grille et le récepteur forment une unité de construction, qui est constituée par la rangée de ré- récepteurs photo-électriques. son outre, on évite les phénomènes a:e diffraction qui se produisent dans les grilles optiques. L'in vention peut être utilisée partout où il s'agit de mesurer des coordonnées longitudinales ou angulaires. Elle est en particulier destinée à la mesure précise d'images en photogrammétrie, lorsqu'il s'agit de remplacer avantageusement des systèmes de mesure à broches et à guidage qui reposent sur la précision de moyens mécaniques ou des systèmes de grilles ou réseaux qui travaillent avec un étage d'approximation et un étage de précision et qui nécessitent une technologie de mesure compliquée. Pour que la mesure puisse s'effectuer, d'une part, en fonction de la direction et, d'autre part, avec une très grande précision, il est prévu suivant un développement particulièrement avantageux de l'invention de disposer les récepteurs photoélectriques juxtaposés sur plusieurs rangées, la grandeur des récepteurs photo-électriques et leur distance réciproque étant les mêmes dans toutes les rangées, chaque rangée de récepteurs photo-électriques étant décalée par rapport à la rangée voisine d'une fraction de l'intervalle prévu entre deux récepteurs photoélectriques voisins d'une msme rangée. Pour effectuer la mesure de plusieurs coordonnées, il peut être prévu selon un développement de l'invention autant de groupes de rangées que de coordonnées à mesurer, les groupes de rangées s 'étendant dans les directions de coordonnées correspondantes et un seul repère d'exploration étant prévu pour 1 'opé- ration de mesure. Suivant un mode de réalisation particulièrement avan tageux de l'invention, lorsqu'il s'agît de mesurer deux coordonnées, les récepteurs photo-électriques sont disposés en réseau, ledit réseau étant indifféremment constitué de récepteurs photo-électriques individuels isolés ou de groupes de rangées de récepteurs photo-électriques. Pour la mesure du réseau de récepteurs photo-électriques on donne avantageusement au repère d'exploration la forme d'un L dont les largeurs de branche sont égales à trois fois la largeur d'un récepteur photo-électrique et dont les longueurs de branche sont égales à plusieurs fois la largeur d'un récepteur photo-électrique. Si le repère d'exploration est un repère lumineux è intensité lumineuse constante, on peut utiliser pour la mesure photoiétrique des coordonnées la variaton d'intensité lumineuse provoquée par une modification de la distance entre le repère lumineux et le réseau de récepteurs photo-électriques. Pour éviter des perturbations de signaux dues à des défauts d'homogénéité, les récepteurs photo-électriques ont une dimension dans le sens perpendiculaire à la rangée de récepteurs photoélectriques plus grande que dans le sens parallèle & celle-ci. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre,-8 titre d'exemple, en référence aux dessins annexés La fig. 1 représente une vue en élévation latérale d'un appareil de mesure selon l'invention; La fig. 2 est un schéma-bloc du dispositif assurant le traitement des résultats de la mesure; La fig. 3 est un autre schéma-bloc du dispositif assurant le traitement des résultats de la mesure; La fig. 4 représente une disposition en réseau des récepteurs photo-électriques avec un repère d'exploration de forme carrée; La fig. 5 représente un repère de mesure en forme de L avec un réseau carré; La fig. 6 représente une disposition en bandes des récepteurs photo-électriques dans deux directions de coordonnées;; La fig. 7 représente un système de récepteurs photoélectriques de forme rectangulaire. Dans la fig. 1, un support 1 en forme de U est disposé sur une base 4 vue en coupe, munie d'un système de canaux d'air 2 et de buses 3. Le support comporte une matrice de récepteurs photo-électriques 5 réalisée suivant la technique des circuits intégrés, un porte-image transparent 6 et une image de mesure 7. Un système optique constitud de trois lentilles 8, 9, 10 et de deux prismes diviseurs 11, 12, est relié à la base grâce à des moyens non représentés pour plus de simplicité du dessin, et ne participe pas aux déplacements du support 1 par rapport à la base 4. Les lentilles 9, 10, sont montées à poste fixe sur les prismes diviseurs Il et 12. À une source lumineuse 13 sont associés un écran en verre dépoli 14 et un diaphragme 15. Le diaphragme 15 ainsi qu'une source de rayonnement 16 sont disposés coaxialement à 1 t axe optique 0-0 du système optique. Le photogramme 7 est regardé à l'aide de la lentille 8 utilisée comme oculaire, dont le plan focal 17 coté image est en même temps le plan focal côté objet de la lentille 9, ainsi qu'à l'aide de la lentille 10 dans le plan focal coté image de laquelle se trouve le photogramme 7. Le parcours des rayons visuels de l'observateur est dévié par les surfaces réfléchissantes lit et 12' des prismes diviseurs Il et 12. Pour former un repère de mesure 18, on utilise la source lumineuse 13 en liaison avec l'écran en verre dépoli 14 et avec le diaphragme 15 qui est disposé dans le plan focal côtA objet de la lentille 9.Passant par la surface réfléchissante semi-transparente i1', la lentille 9 et la lentille 10, et après avoir été réfléchis sur la surface 12', les rayons lumineux servant à former le repère de mesure arrivent dans le plan du photogramme 7, Le faisceau des rayons visuels d'observation entre les lentilles 9 et 10 est un faisceau à rayons parallèles. Pour éclairer la matrice de récepteurs photo-électriques 5, on utilise la source de rayons lumineux 16 émettant des rayons lumineux parallèles.Le diamètre du faisceau des rayons visuels d'observation est sensiblement égal au diamètre d'un récepteur photo-électrique, Le faisceau lumineux atteignant le récepteur photo-électrique intéressé de la matrice 5 engendre dans ce récepteur un signal qui correspond à la position de l'image de mesure 7 dans le système de coordonnées pré-donné par la matrice de récepteurs photo-électriques 5. Pour régler le repère de mesure 18 sur un point déterminé du photogramme 7, le support 1 est monté de façon à pouvoir se déplacer sur un coussin d'air 19 par rapport à la base 4, parallèlement et perpendiculairement au plan du dessin, ledit coussin d'air étant formé par l'air sortant des buses 3 entre la base 4 et le-support 1. Les rayons lumineux d'éclairage renvoyés par la surface réflé chassante 12' sont dans le même alignement que les rayons lumineux d'observation et les rayons lumineux du repère de mesure après leur réflexion sur la surface réfléchissante 12'. Suivant un mode de réalisation qui diffère de celui qui est représenté à la fig. 1, le photogramme 7 et la matrice de récepteurs photo-électriques 5 peuvent également être disposés dans le voisinage immédiat l'un de l-'autre. Dans ce cas, il faut que la matrice- de récepteurs photo-électriques 5 soit transparente et le repère de mesure peut en même temps åouer le rôle de repère d'exploration de sorte que la source de rayons lumineux 16 et le prisme diviseur 12 deviennent inutiles. En outre, le montage sur coussin d'air peut être remplacé par un système mécanique de chariots à deux mouvements rectangulaires. Le dispositif représenté à la fig.1 peut servir de système de mesure pour un monocomparateur. En réunissant deux dispositifs de ce genre, il est possible de créer un stéréo-comparateur.La fig. 2 représente un traitement possible des signaux produits dans un dispositif de récepteurs photo-électriques 20 & à l'aide d'un dispositif d'exploration 21. Le repère d'exploration utilisé dans le dispositif d'exploration 21 peut être sombre sur un fond clair ou clair sur un fond sombre. Le dispositif de réception photo-électrique 20 est relié, d'une part, à un amplificateur 22 avec déphasage de 900 ainsi qu ' & un négateur 23 et, d'autre part, à un amplificateur 24 ainsi qu'à un négateur 25. Une unité de comptage 26, montée à la suite des négateurs 23, 25, contient les uns à la suite des autres une unité de décision 27, un compteur 28, une mémoire 29 et une unité d'interrogation 30.A l'unité de comptage 26 est accouplée une unité de sortie 31 avec une mémoire à décalage 32, des moyens de codage 33, un amplificateur de sortie 34 et une imprimante 35. Le processus de mesure s'effectue dès que la tête d'exploration 21 est déplacée parallèlement par rapport au dispositif de réception photo-électrique 20. Chaque fois que la tette d'exploration 21 passe au-dessus d'un récepteur photo-électrique du dispositif 20, il se forme dans le dispositif de récepteurs photo-électriques 20 un signal qui, par l'intermédiaire des amplificateurs 22 et 24 et des négateurs 23 et 25,.parvient dans l'unité de comptage 26. Le déphasage des signaux entre les ampli- ficateurs 22 et 24 assure sans équivoque le comptage en avant et en arrière des signaux. Bes négateurs 23 et 25 ont pour r81e d'augmenter la sécurité contre les perturbations dans le traitement des signaux et transmettent les signaux à l'unité de comptage 26, dans l'unité de décision 27, dans laquelle, à partir des signaux fournis par les négateurs 23 et 25, sont fixés la direction et le signe positif ou négatif du comptage qui s'effectue dans le compteur 28 monté à la suite. Le résultat du comptage est mémorisé pour chaque décade dans la mémoire 29 et il peut en entre retiré par l'unité d'interrogation 30.De l'unité d'interrogation 30, les signaux passent dans l'unité de sortie31 où ils sont reçus par l'intermédiaire de mémoires à décalage 32 dans les moyens de codage 33 sur des bandes perforées ou bien, après Autre passés par l'amplificateur de sortie 34, sont exprimés sous forme visible au moyen de l'imprimante 35. La fig. 3 montre une autre possibilité de traiter les signaux digitalisés par les récepteurs photo-électriques. Une matrice de récepteurs photo-électriques 55 se compose d'une section optique 56, d'une mémoire de triage 57 ainsi que d'un registre 58, auxquels sont reliés respectivement des émetteurs d'impulsions 59, 60, 61. De registre 58 est suivi d'une diode de sortie 62, d'un amplificateur 63, d'une unité de commande 64 ainsi que d'une imprimante 65, l'unité de commande 64 ayant pour rôle de commander les signaux pour 1 'imprimante 65 et étant reliée & la sortie d'un compteur 66 qui compte les impulsions émises par les émetteurs d' impulsions 60 et 61. Un repère d'exploration 67 donne naissance dans le récepteur photo-électrique 68 intéressé & un signal dont les coordonnées de position doivent etre déterminées dans un réseau ou grille 56. Bes trois émetteurs d'impulsions 59, 60, 61 transmettent respectivement en permanence à la section optique 56, à la mémoire de triage 57 et au registre 58 des impulsions de tension U1, U2, U3, dont celles qui proviennent des émetteurs d'impulsion 60, 61, sont comptées en permanence. Bes impulsions de tension de ltémetteur d'impulsions 59 ont pour r8le d'assurer la transmission du signal contenu dans la section optique 56, d'un élément photo-électrique à l'autre élément photoélectrique de la m8me colonne dans la mémoire de triage 57. Les impulsions de tension de l'émetteur d'impulsions 60 ont pour racle de transporter le signal reçu de la section optique 56, contenu dans la même colonne de la mémoire de triage 57, au registre 58 où il est amené par les impulsions de tension U1, U2 U3, de l'émetteur d'impulsions 61 à la diode de sortie 62. l'es directions de transport du signal dans la section optique 56, la mémoire de triage 57 et le registre 58 sont indiquées par des flèches 69. Unité de commande ne laisse arriver. une impulsion de comptage du compteur 66 & à l'imprimante 65 et par conséquent à l'affichage digital que lorsque le signal venant du registre 58 arrive par l'intermédiaire de la diode de sortie 62 et de I'ara- plificateur 63. Naturellement, à la différence de ce que montre la fig. 3, la matrice de récepteurs photo-électriques 55 peut n'être constituée que d'une seule colonne., ou bien le registre 58 peut être raccordé directement à la section optique 56. Dans ce cas, il serait possible de simplifier le couplage de 1' émetteur d'ix- pulsions intEressé- avec le compteur 66. La fig. 4 montre qui réseau constitué de récepteurs photo-électriques 36 carrés élémentaires, avec lequel coopère un repère d'exploration carré 37. Les récepteurs photo-électriques 36 séparés par des intervalles 38 de mtme largeur, non photosensibles, et le repère d'exploration 37, sont représentés agrandis. Leur grandeur est de l'ordre du micromètre pour une précision de mesure exigée correspondante. Les- intervalles 38 ont la meme largeur que les différents récepteurs photo -éle c- triques 36. Ie repère d'exploration 37 a une dimension correspondant à la dimension d'un récepteur photo-électrique 36 augmentée de la largeur des intervalles 38 qui entourent ce dernier. En adoptant un rapport de 1/2/3 entre la dimension linéaire des récepteurs photo-électriques 3, la distance entre les milieux de deux récepteurs photo-électriques voisins et la dimension linéaire du repère d'exploration 3?, on élimine toute influence des intervalles 38 sur la précision de la mesure. Le circuit de couplage intégré entre les différents éléments photo-électriques 36 permet l'affichage digital direct d'une valeur mesurée. Ce couplage peut être réalisé de telle sorte que l'on considère toujours comme explorés le récepteur ou les récepteurs photoélectriques qui sont couverts sur plus de 50 % par le repère dXexploration. Ta possi.bilité d'une interpolation ou mesure de coor données supplémentaires existe lorsque le repère d'exploration est un repère lumineux et que le flux lumineux atteignant deux récepteurs photo-électriques voisins peut être détecté photométriquement d'une façon graduée. La fig. 5 montre un réseau de récepteurs photo-électri ques 39 par rapport auquel se déplace un repère d'exploration 40 en forme de T. La branche 40' du repère d'exploration sert à la mesure dans la direction de l'axe des I et la branche 40" & la mesure dans le sens de l'axe des Y. La direction de l'axe doel et celle de l'axe des Y sont indiquées dans le dessin par des flèches ayant la même origine. Dans le sens perpendiculaire au sens de mesure, la dimension du repère d'exploration 40 est plus grande que celle d'un récepteur photo-électrique. Dans-le dispositif représenté à la fig.6, deux groupes de rangées 41, 42 de récepteurs photo-électriques sont disposés à angle droit l'un par rapport & à l'autre. Chaque groupe de ran- gées 41, 42, se compose de quatre rangées identiques 43 à 46 et 47 & 50, qui sont décalées les unes par rapport aux autres d'une dem-largeur de récepteur photo-électrique ou d'un multiple de cette quantité. Bes signaux sont produits dans les récepteurs photo-électriques par un repère d'exploration 51 en forme de grille représenté en partie ou par son image. Chaque ligne de grille 52, 53 est dirigée parallèlement & un groupe de rangées 41, 42.Par suite du décalage réciproque des rangées de récepteurs photo-électriques dans un groupe de rangées, on peut avoir une précision de mesure qui est plus petite que la dimension d'un récepteur photo-électrique et on obtient une mesure en fonction de la direction. La fig. 7 montre une partie d'un groupe de rangées de récepteurs photo-électriques où les récepteurs photo-électriques 54 élémentaires sont de forme rectangulaire et correspondent à un repère d'exploration 70 en forme de croix. L'invention ne se limite pas aux formes et dispositions représentées du repère d'exploration et du réseau de récepteurs photo-électriques. A titre d'exemple, le repère d'eXploration pourrait aussi être en forme d'échiquier et son image pourrait hêtre projetée sur la grille de récepteurs photo-électriques. Bes rangées de récepteurs photo-électriques représentées å la fig.6 pourraient également Entre disposées en forme de réseau. REVENDICAIIONS 1. Dispositif pour la détermination d'au moins une des coordonnées de la position d'un point à laide dtun repère d'ex ploratsn se déplaçant par rapport à des récepteurs photo-électriques, caractérisé en ce que les récepteurs photo-électriques, de mEme grandeur et de même forme, sont disposés immédiatement juxtaposés les uns derrière les autres dans au moins une rangée et sont réalisés suivant la technique des circuits intégrés, et en ce que la grandeur du repère d'exploration est au moins égale à la grandeur d'un récepteur photo-électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les récepteurs photo-éleetriques sont disposés les uns à c8té des autres en plusieurs rangées, en ce que la grandeur des récepteurs photo-électriques et leur intervalle réciproque sont identiques dans toutes les rangées et en ce qu'une rangée de récepteurs photo-électriques est décalée par rapport à la rangée voisine d'une quantité égale à une fraction de la distance entre deux récepteurs photo-électriques voisins dans une rangée. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par deux groupes de rangées de récepteurs photo-électriques disposés à angle droit l'un par rapport à l'autre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les récepteurs photo-électriques sont disposés en -forme de réseau. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le repère d'exploration est en forme de B. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les récepteurs photo-électriques sont, dans le sens perpendiculaire au sens de mesure, plus grands que le repère d'exploration. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le repère d'exploration est en forme de grille ou de réseau. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le repère d'exploration se présente sousla forme d'un repère lumineux à intensité lumineuse constante.