Brevet FR2301837A1 — publié le 19760917

L'invention est relative à un appareil d'observation et/ou de mesure de dimensions d'une cavité présentant une ouverture et comprenant un nombre n, au moins égal à deux, de parois. On sait que pour l'observation de cavités, on utilise des appareils appelés endoscopes. Ces endoscopes ne permettent qu'une observation visuelle et sont inutilisables pour la mesure des dimensions, notamment transversales, des cavités. De plus, avec les endoscopes connus, il n'est pas possible d'observer la forme exacte de la section transversale de la cavité examinée. Pour la mesure des dimensions d'une cavité (notamment pour la mesure du diamètre d'une cavité cylindrique) on peut utiliser des appareils micrométriques. Cependant, ces appareils ne permettent pas l'observation visuelle des formes de la cavité L'invention a donc pour but de permettre la réalisation d'un appareil avec lequel on puisse observer les formes, notamment transversales, d'une cavité. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil permettant de mesurer sans contact, les dimensions - notamment transversales - d'une cavité. Encore un autre but de l'invention est de fournir un appareil permettant de contrôler la position d'une cavité mobile selon un axe. Conformément à l'invention on prévoit un appareil d'observation et/ou de-mesure de dimensions d'une cavité présentant une ouverture et comprenant un nombre n, au moins égal à deux, de parois qui est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour engendrer au moins deux pinceaux lumineux ; ces moyens sont agencés de façon telle que, en fonctionnement, chaque pinceau lumineux forme une intersection avec une paroi associée de la cavité. Cet appareil comprend également des moyens réflecteurs ayant une position fixe par rapport auxdits pinceaux lumineux ; cette position fixe est telle que, lorsque ces moyens réflecteurs sont installés à l'intérieur de la cavité, leur surface réfléchissante soit dirigée vers l'ouverture de la cavité.L'appareil conforme à l'invention comporte, enfin, des moyens d'observation et/ou de mesure des images, dans les moyens réflecteurs, des intersections des pinceaux lumineux avec les parois. Par pinceau lumineux, on entend ici un faisceau lumineux de faibles dimensions trnsversdles et d'ouverture réduite. Un tel faisceau peut être assimilé, dans la pratique, à un rayon lumineux. De prérrrefce, l'appareil est destiné à l'observation et/ou la mesure de dimensions transversales d'une cavité présentant un axe de asymétrie, avantageusement une cavité cylindrique. Dans ce cas, ledit appareil présente également un axe de symétrie pour les pinceaux lumineux et pour lesFYÇflecteurs et il est normalement installé dans la cavité de façon que son axe de symttrie coïncide sensiblement avec celui de ladite cavité. D'autres buts, avantages et caract-ristiques de l'invention ressortiront de la description de modes de réalisation de cette invention, cette description tant faite en se rfrant aux dessins ci-annex sur lesquels - la figure 1 illustre, de façon schématique, un appareil, conforme à l'invention, d'observation et/ou de mesure de dimensions d'une cavité, - la figure 2 montre, de façon plus détaillée, un appareil conforme à l'invention, - la figure 3 illustre une réalisation des moyens pour engendrer des pinceaux lumineux pour l'appareil conforme à l'invention, - la figure 4 montre un autre mode de réalisation des moyens pour engendrer des pinceaux lumineux pour un appareil selon l'invention, - la figure 5 représente encore une autre réalisation des moyens pour engendrer des pinceaux lumineux, et - la figure 6 illustre, conformément à l'invention, une réalisation des moyens d'observation des images formées dans les réflecteurs de l'appareil selon l'invention. La figure 1 est un schéma qui illustre le principe de réalisation de l'appareil conforme à l'invention. La cavitél/qui est observée présente, dans cet exemple, deux parois opposées 2 et 3. L'appareil, conforme à l'invention, représenté sur la figure 1, comprend deux réflecteurs 4 et 5 qui sont normalement installés à l'intérieur de la cavité 1 de façon-que leur surface réfléchissante soit dirigée vers l'ouverture 6 de ladite cavité. De façon plus précise, chaque surface réfléchissante présente une inclinaison telle qu'elle soit orientée à la fois vers l'ouverture G et vers une paroi déterminée de la cavité. Ainsi, le réflecteur est orient vers la paroi 2 et le réflecteur 5 est orienté vers la paroi 3. Enfin, pour ce qui concerne les réflecteurs ,A, et 5, ceux-ci sont, dans l'exemple, sensiblement identiques, ont des positions fixes l'un par rapport à l'autre et sont disposés symétriquement par rapport à l'axe 7 de la cavité 1. L'appareil conforme à l'invention comporte également des moyens (non représentés sur La figure 1) permettant d'engendrer deux rayons alumineux 8 et 9. Ces rayons lumineux ont une position fixe par rapport à l'ensemble de l'appareil, notamment par rapport aux réflecteurs 4 et 5. En outre, quand l'appareil est en fonctionnement, les réflecteurs 4 et 5 étant installés à l'intérieur de la cavité 1, les directions de ces rayons sont telles qu'ils forment des intersections avec les parois. De façon plus précise, chaque rayon lumineux forme une intersection avec une paroi déterminée ; ainsi le rayon 8 forme une intersection 10 avec la paroi 2 et le rayon 9 forme une intersection 11 avec la paroi 3. Dans l'exemple, les rayons 8 et 9 ont des positions symétriques par rapport à l'axe 7. Le point ou spot lumineux 10 a une image 12 par rapport au réflecteur 4. De même, le point ou spot lumineux Il a une image 13 par rapport au réflecteur 5. La distance entre les images 12 et 13 est fonction de la distance entre les points 10 et 11. Cette distance entre les images 12 et 13 donne donc une indication sur la distance séparant les points 10 et 11, et donc sur la largeur de la cavité 1. Des moyens d'observation, comprenant-dans la réalisation illustrée sur la figure 1 - un objectif 14 situé à l'extérieur de la cavité 1,-du côté de l'ouverture 6, permettent d'observer les points-images 12 et 13. Sur la figure 1, les moyens d'observation comportent-, outre- l'objectif 14, un organe récepteur sur lequel sont form-ées les images, respectivemen-t 16 Cet 17, des points-images 12 et 13 par rapport à l'objectif 14. Bien entendu la distance séparant les points 16 et 17 est fonction de la distance séparant les points 12 et 13 et donc, de la largeur de la cavité 1. On décrira plus loin des modes de réalisation du récepteur 15. On va maintenant décrire en relation avec la figure 2 un autre mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention. L'appareil représenté sur la figure 2 est destiné à l'obser- vation et à la mesure des dimensions de la section transversale d'une cavité cylindrique la d'axe 7a. Les parois 2 et 3 dont il a été question dans la description de la réalisation de la figure 1 sont donc constituées ici par une infinité d'éléments de parois constituant les génératrices d'une surface cylindrique. On a noté par les références 2a et 3a les génératrices de cette surface cylindrique qui se trouvent dans le plan de la figure. Dans ce mode de réalisation, on n'a pas, comme dans le cas de la figure 2, affaire à seulement deux rayons lumineux séparés 8 et 9, mais à une infinité de tels rayons lumineux formant les génératrices d'un cône. Les rayons lumineux 8a et 9a constituent la section de ce cône par ledit plan de figure. Les moyens permettant d'engendrer le cône lumineux dont il a été question ci-dessus, comportent, sur un même axe 20 perpen diculaire à l'axe 7a, une source lumineuse 21, un condenseur 22, un diaphragme 23 et un objectif 24. A la suite de l'objectif 24 est installée une face 25 semi-réfléchissante (et donc semitransparente) qui est inclinée à 450 par rapport à l'axe 20 et donc galement de 45 par rapport à l'axe 7a. La position de cette face 25 est telle que l'intersection desdits axes 7a et 20 se trouve dans le plan de cette face. Dans l'exemple, ladite face 25 est la face commune à deux prismes 26 et 27 accolés selon un plan. L'ouverture 23a du diaphragme 23 est, ici, une ouverture circulaire. A la suite du prisme 26 et selon l'axe 7a est disposé un cylindre de verre 30, dont la surface extérieure 31 est optiquement polie. De plus, les divers éléments qui viennent d'être men tonnés (source 21, condenseur 22, diaphragme 23, objectif 24, prismes 26 et 27 et cylindre 30) sont agencés de telle manière que les rayons lumineux 32 qui entrent dans le cylindre 30 - après réflexion sur la face 25 et transmission à travers le prisme 26 subissent une réflexion totale sur la surface intérieure 31 dudit cylindre 30. Après une suite de réflexions totales analogues à celles montrées sur la figure 3) les rayons lumineux 32 sortent par la face transversale 33 du cylindre 30 pour former le cône lumineux comportant les rayons 8a et ,a. tant donner que les rayons lumineux subissent une réflexion totale sur la surface intérieure 31 du cylindre 30, il n'y a pra tlquement pas de perte d'énergie lumineuse par réflexion à l'intérieur de ce cylindre. De plus, comme la surface extérieure 31 de ce cylindre est optiquement polie, les rayons ou pinceaux lumineux ne sont pas élargis et restent pratiquement des rayons lumineux à leur sortie par la face 33. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les réflecteurs sont constitués par une surface cônique 34 d'axe 7a dont l'intersection par le plan de figure comporte les génératrices 4a et Sa. tant donné que le cylindre 30 est installé de façon que son axe soit confondu avec l'axe 7a de la cavité la et que, par construction, les rayons lumineux sortant par la face 33 de ce cylindre forment un cône de même axe que ledit cylindre, l'intersection de ce cône avec la cavité est constituée par un cercle comprenant les points 10a et lia dans le plan de figure. Ce cercle (10a, lia) a une image 35 par rapport au cône réflecteur 34. En d'autres termes, les rayons lumineux issus du cylindre 30 se réfléchissent d'abord sur les parois de la cavité cylindrique, puis sur le cône réflecteur 34, pour être ensuite renvoyé à travers le cylindre 30 et le prisme 26 vers la face 25. Comme la face 25 est semi-transparente, les rayons lumineux ainsi renvoyés peuvent traverser le prisme 27. C'est à la suite de ce prisme 27 qu'est installé, toujours selon l'axe 7a, l'objectif 114a des moyens d'observation. L'image du cercle 35 par rapport à l'objectif lita est alors formée sur un écran de réception 15a d'un tube récepteur de télévision du type VIDICON. De façon plus précise, les images formes par l'objectif 14a sont recueillies par une caméra de télévision 36 pour être transmises à un récepteur 37 sur l'écran duquel on peut observer la forme, et éventuellement les dimensions, de la section transversale de la cavité la. Les signaux dnlivrés par la caméra de tel vision 36 sont également appliqués à lentrée d'un dispositif calculateur 38 programmé pour calculer le diamètre intérieur de la cavité Za. Pour cette mesure de diamètre à laide du dispositif 38, on peut, par exemple, déterminer, au cours d'un balayage, la plus grande distance en ligne droite séparant deux points de l'image de la cavité. Enfin, pour ce qui concerne l'appareil repr sent-- sur la figure 2, on notera que les positions, les uns par rapport aux autres, de ses divers él---ments sont constantes. A cet effet, les dits éléments sont solidaires d'un même bats. Ce bati comprend en particulier un tube cylindrique 40, a l'intéreur duquel sont nis- posés le cylindre 30 de réflexion totale et le réflecteur 34. L réflecteur 34 est disposé à l'extrémité du tube 40.Ce dernier est ntabli en métal ; toutefois au niveau de la surface 'éfîchissarte du réflecteur 34 et entre ce réflecteur 34 et la Paroi transversale 33 du cylindre optique 30, on prévoit une zone 41 établie en un matc'riau transparent tel que le verre. Bien entendu le diamètre ext-rieur du tube 40 est inférieur au diamètre intérieur de la cavité. la. L'appareil qui vient d'être décrit en relation avec la figure 2 peut être utilisé pour de nombreuses applications. A titre d'exemple, on citera l'observation et la mesure du diamètre in trieur de tubes en cours de fabrication. Cet appareil peut également être utilisé pour l'observation de cavités se trouvant dans des endroits inaccessibles (que ce soit pour des raisons de disposition ou des raisons de sécurité). L'appareil décrit peut, bien entendu, se prêter à de nombreuses variantes de réalisations sans que l'on sorte, pour celà, du cadre de l'invention. Tout d'abord le nombre et la forme des réflecteurs peuvent être choisis en fonction, d'une part, de la forme de la cavité et, d'autre part, de l'application envisagée. Quand il ne s'agit que de déterminer la distance entre deux parois planes et parallèles d'une cavité ou de ne déterminer que le diamètre d'une cavité cylindrique, il suffit de prévoir deux réflec- teurs et, par conspuent, seulement deux rayons lumineux. Les réflecteurs peuvent avoir une forme quelconque : plane ou courbe (sphérique ou asphérique). De tonte façon, il est avantageux que les deux réflecteurs soient disposés symétriquement par rapport au plan bissecteur des rayons ou pinceaux lumineux. On notera que le réflecteur sphérique est de fabrication aisée. Les réflecteurs peuvent être également en nombre supérieur à deux. Par exemple, dans le cas d'une cavité de section polygonale on pourra prévoir un nombre de réflecteurs égal au nombre de côtés du polygone constituant la section de la cavité. Dans le cas d'une cavité cylindrique, on peut également, par exemple, utiliser quatre réflecteurs de façon à déterminer les longueurs de deux diamètres de directions perpendiculaires. Les moyens d'ob servation qui peuvent être utiliseS s dans ce cas sont décrits plus loin en relation avec la figure 6. Quelle que soit la forme de la cavité, il est avantageux d'utiliser -un réflecteur ayant une forme de révolution : c8nique, sphérique ou asphérique. Les figures 3, 4 et 5 représentent trois modes de réalisation de moyens pour engendrer un nombre n de pinceaux lumineux. Dans tous ces modes de réalisation, on a prévu un objectif 45 (figure 3), 45a (figure 4) ou 45b (figure 5) pour faire converger deux rayons lumineux qui tombent parallèlement sur une face dudit objectif. Dans le mode de réalisation de la figure 3, outre l'objectif 45 on a prévu un cylindre 46 de réflexion totale analogue au cylindre 30 représenté sur la figure 2. Comme pour ce cylindre 30, la surface extérieure du cylindre 46 est optiquement polie. Les rayons lumineux sortant de l'objectif 45 entrent par une face d'entrée 47 et sortent après deux réflexions par la face 48. En variante, le cylindre 46 péut être remplacé par un pa rallélépipède à faces longitudinales optiquement polies ou, de façon plus générale, par un barreau de section polygonale. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, on prévoit à la suite de l'objectif 45a un dispositif réfracteur 50 ou "lame épaisse". Le dispositif 50 qui est réalisé en verre, comprend essentiellement deux faces planes parallèles, à savoir une face 51 d'entrée et une face 52 de sortie. Ces faces 51 et 52 sont avantageusement optiquement polies. En fonctionnement, au moins une partie de la longueur du dispositif 50 est installée à l'intérieur de la cavité à observer ou mesurer, les rayons sortant par la face 52 constituant les pinceaux lumineux devant former une intersection avec les parois de la cavité. Les moyens générateurs de pinceaux lumineux qui sont représentés sur la figure 5 comportent, outre la lentille 45b, un tube 55 dont la surf ace intérieure 56 est optiquement polie. Dans l'exemple, les rayons lumineux sortant de l'objectif 45b subissent deux réflexions sur la surface 56. Dans une variante de cette réalisation, utilisable dans le cas où l'on ne désire obtenir que deux points-images, on prévoit, d la suite d'un objectif 45b, deux miroirs plans dont les faces réfléchissantes sont en regard et parallèles. Dans une autre variante, on utiliseau moins trois miroirs plans dont les surfaces réfléchissantes sont installées selon un polygane régulier. Les moyens d'observation ou de mesure peuvent également se prêter à de nombreuses variantes de réalisations selon la forme de la cavité, la réalisation des réflecteurs, et l'application envisagée. On notera tout d'abord qu'on peututiliser des moyens d'observation visuelle directe. A cet effet, on dispose, à la suite de l'objectif 14 (ou 14a), une plaque transparente (non représente tée) présentant des lignes ou réticules permettant de déterminer la distance entre les points-images formés sur cette surface transparente. La figure 6 représente un mode de réalisation d'un organe récepteur des moyens d'observation ou de mesure. Comme déjà mentionné plus haut, un tel organe récepteur est destiné à être utilisé en combinaison avec un ensemble de quatre réflecteurs pour obtenir quatre points répartis régulièrement (et donc à 90C les uns des autres), selon un cercle. Un tel organe récepteur est donc utilisable surtout dans le cas où on a affaire à une cavité cylindrique ou de section carrée. L'organe récepteur représenté sur la figure 6 comprend quatre zones photosensibles, respectivement 60, 61, 62 et 63. Chaqe zone a une forme allongée et elle est constituée par un ensemble de diodes photoréceptrices 65 alignées dans la zone correspondante. En fonctionnement, lorsqu'un point lumineux est formé-sur chaque zone, la distance entre deux points frappant deux zones diamétralement opposées, par exemple les zones 60 et 62, est évaluée en déterminant, dans chaque zone, quelle est la diode qui reçoit ledit point lumineux. Des moyens calculateurs ou des moyens du type mémoire morte permettent de déterminer, en fonction des positions des diodes qui sont éclairées, la distance séparant les intersections correspondantes des pinceaux lumineux avec les parois de la cavité. Les mêmes moyens calculateurs permettent également d'établir la-distance séparant les intersections, de rayons lumineux avec les parois correspondantes, qui sont associées aux points lumineux tombant sur les zones 61 et 63. La surface réceptrice peut également comporter une matrice (non montrée) d'éléments photorécepteurs. Une telle matrice permet alors l'observation et la mesure dans le cas où les pinceaux lumineux forment une nappe continue. Il est à noter que les diodes photoconductrices disposées en des emplacements séparés peuvent être remplacées par une couche photoconductrice continue émettant un signal dont la valeurdépend de ltemplacement qui est éclairé. L'appareil conforme à l'invention, comportant l'élément récepteur décrit en relation avec la figure 6, peut être utilisé quand on désire installer une cavité (par exemple un tube) dans une position déterminée. A cet effet, on déplace la cavité jus- t qu'à ce que les quatre zones 60, 61, 62 et 63 soient illuminées. Dans cette application les zones 60, 61, 62 et 63 sont avantageusement de dimensions réduites. On remarquera que le même appareil peut également être utilisé pour contrôler si une cavité devant coulisser selon son axe garde toujours la même direction sans s'écarter dudit axe. Dans ce cas, toutes les zones 60 à 63 doivent être éclairées tout au long de la course de ladite pièce à contrôler. Quand au moins l'une de ces zones n'est pas éclairée, des moyens indicateurs (non montrés) permettent d'émettre un signal d'avertissement sonore ou optique par exemple. Bien entendu, dans ces applications de contrôle de position, il n'est pas indispensable que le nombre de zones soit égal à quatre, il peut être soit inférieur, soit supérieur. Dans une réalisation particulière de l'invention, on a pumesurer le diamètre de cavités cylindriques avec une précision comprise entre 1/10 et 1/100 de mm. Comme il.vade soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. En particulier le nombre de pinceaux lumineux n'est pas limité au nombre de parois de la cavité ; il peut être supérieur ou inférieur. Dans un exemple de réalisation le nombre de pinceaux lumineux est égal à deux et la cavité a une section polygonale à 6 côtés pour déterminer les distances entre parois opposées on effectue plusieurs mesures, les moyens générateurs des pinceaux lumineux étant tournés d'un angle approprié entre deux mesures. REVENDICATIONS 1. Appareil d'observation et/ou de mesure de dimensions d'une cavité présentant une ouverture et comprenant un nombre n, au moins égal à deux, de parois, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour engendrer au moins deux pinceaux lumineux, ces moyens étant agencés de façon telle que, en fonctionnement, chaque pinceau lumineux forme une intersection avec une paroi associée de la cavité, et des moyens réflecteurs ayant une position fixe par rapport auxdits pinceaux lumineux, cette position étant telle que, lorsque ces moyens réflecteurs sont normalement installés à l'intérieur de la cavité, leur surface réfléchissante soit dirigée vers l'ouverture de cette cavité, ledit appareil comportant en outre des moyens d'observation ou de mesure des images, dans les moyens réflecteurs, des intersections des pinceaux lumineux avec les parois. 2. Appareil selon la revendication 1 et destiné à l'observation et/ou la mesure de dimensions transversales d'une cavité présentant un axe de symétrie, lesdites parois étant dans des positions symétriques par rapport à cet axe, caractérisé en ce qu'il présente un axe de symétrie pour les pinceaux lumineux et pour les moyens réflecteurs, ledit appareil étant normalement installé dans la cavité de façon que son axe de symétrie coricide sensiblement avec celui de ladite cavité. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer les pinceaux lumineux comprennent un organe à réflexion totale comportant d'une part, des faces longitudinales de réflexion totale, ces faces étant optiquement polies et en nombre égal à celui des pinceaux lumineux à créer, et d'autre part, une face latérale d'entrée pour des pinceaux lumineux et une face latérale de sortie des pinceaux lumineux. 4. Appareil selon la revendication 3 et destiné à l'observation etZou à la mesure de dimensions d'une cavité cylindrique, ~ caractérise en ce que lesdites faces longitudinales, optiquement polies, de l'organe de réflexion totale forment un cylindre, et en ce que les moyens réflecteurs font partie d'une même surface réfléchissante qui présente un axe de révolution sensiblement parallèle à l'axe dudit cylindre. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer les pinceaux lumineux comportent un élément de réfraction présentant une face d'entrée pour les pinceaux lumineux et une face de sortie pour ces pinceaux lumineux, ces faces d'entrée et de sortie étant optiquement polies. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'observaticnet/ou de mesure comprennent des moyens à lentilles destinés à former, en dehors de ladite cavité, une image de chaque image, de l'intersection et des pinceaux lumineux et des parois correspondantes, dans les moyens réflecteurs. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce quil comprend des moyens photorécepteurs comportant une surface active sur laquelle sont formées lesdites images réalisées par les moyens à lentille, ledit appareil comportant en outre des moyens de calcul de la distance séparant les intersections des pinceaux lumineux avec les parois correspondantes en fonction de la distance séparant les images formées sur les moyens photorécepteurs. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens photorécepteurs comportent des éléments photorécepteurs séparés. 9. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'observation visuelle desdites images formées par les moyens à lentille, ces moyens d'observation visuelle comportant une plaque transparente graduée. 10. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'observation visuelle des images formées par les moyens à lentille, ces moyens d'observation visuelle compor- tant un tube récepteur de télévision. 11. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'observation comprennent un nombre de zones photoconductri ces au moins égal au nombre de pinceaux lumineux, chacune de ces zones ayant la position souhaitée pour lesdites images formées par les moyens à lentille, et des moyens de signalisation propres à émettre un signal avertisseur lorsque, en fonctionnement, au moins l'une de ces zones ne reçoit pas d'image.