Brevet FR2305711A1 — publié le 19761022

a présente invention concerne un dispositif optique Ce mesure de dimension. Dans un dispositif optique connu de mesure de dimension utilise actuellement, on réalise au moyen d'un objectif sur la face sensible d'un bloc de photodiodes intégrées image de l'objet dont on veut mesurer une dimension, cette image étant elae-mdme mesurée en dimension au moyen dudit bloc de photodiodes. Un tel dispositif nécessite donc un positionnement précis de l'objet à mesurer dans le plan focal objet de l'objectif, de sorte que ce dispositif ne permet pas la mesure d'objets en mouvement. De plus, en raison de l'utilisation d'un bloc de photodiodes, la précision de ce dispositif est nécessairement limitée et le colt de ce dispositif est élevé. L'invention supprime ces inconvénients et a notamment pour but de réaliser un dispositif optique permettant de mesurer a:ec précision les dimensions d'un objet, même si ce dernier est en mouvement. Pour un dispositif du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait qu'il comprend : des noyons dits de balayage pour émettre un faisceau lumineux dit de balayage parallèle animé d'un mouvement de balayage tel que ledit faisceau se déplace tout en restant parallèle à une direction fixe et balaye au moins toute l'étendue d'une dimension de l'objet, un détecteur de lumière placé en aval dudit objet sur le trajet de la lumière du faisceau lumineux et des moyens de mise en mémoire recevant les indications dudit détecteur de lumière. Ainsi, il est possible de mesurer la dimension de l'objet dans la direction du mouvement de balayage en mesurant la distance balayée par le faisceau de balayage alors que la quantité de lumière mesurée par le détecteur atteste que ledit faisceau de balayage rencontre l'objet. Ce nouveau dispositif ne réalise plus une image de l'objet à mesurer, de sorte que ce dernier peut être déplacé, notamment dans le sens de l'axe du faisceau de balayage, sans que le résultat de la mesure soit faussé par ce déplacement et sans que cette mesure soit rendue impossible par l'éloignement dudit objet du plan focal objet d'un objectif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure unique est un schéma d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur le dessin, le dispositif comprend un miroir 1 tournant avec une vitesse angulaire uniforme autour d'un axe la perpendiculaire au plan de la figure ; l'axe la est placé au foyer d'un premier JjeLif 2 et reçoit un faisceau de rayons parallèles de lumière cohérente et d'axe fixe 3 qui est émis par un laser 4 et qui est traité dans un collimateur 100. Le faisceau 3 est transformé par le miroir tournant 1 en un faisceau 3a animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe la dans le plan de la figure.Le faisceau 3a est transformé par l'objectif 2 en un faisceau de balayage parallèle 3b se déplaçant dans le plan de la figure parallèlement à lui-meme et à l'axe optique 5 de l'objectif 2 qui est calculé de telle sorte que la vitesse de translation du faisceau 3b soit également uniforme. Le faisceau 3b présente sur toute sa longueur une répartitition d'énergie symétrique par rapport à un plan ou axe longitudinal 101. L'objet à mesurer est un fil métallique cylindrique 7 qui est placé dans la zone balayée par le faisceau 3b, l'axe du fil 7 étant sensiblement perpendiculaire au plan de la figure. La dimension à mesurer est le diamètre du fil 7 Un deuxième objectif 8 est placé en aval du fil 7 sur le trajet de la lumière du faisceau 3b et a pour r81e de faire converger ledit faisceau 3b sur un détecteur de lumière, par exemple une cellule photo-électrique, 9 placé au foyer image de l'objectif 8. Une horloge électronique de précision, par exemple un cscillateur à quartz, 10 pilote l'ensemble du dispositif. Les impulsions de l'horloge 10 sont divisées dans un diviseur de fréquence il dont le signal de sortie command la rotation d'u moteur synclrone 12 dont le rotor 12a porte l- miroir 1. Par ailleurs, les impulsions de l'horloge 10 sont comptées par un compteur 13 dans des conditions qui seront expliquées plus loin. Une partie du faisceau 3 émis par le aser 4 est déviée par un miroir semi-transparent 14 pour ôtre der@@ée sur un dedxième détecteur de lumière, par exemple une callule photoélectrique, 15 dont le signal de sortie après amplifisation dans un amplificateur à gain règlable 16 est comparé dans un comparateur-discriminateur 17 à un signal provenant du premiex détecteur de lumière 9 et amplifié dans un amplificateur à gain réglable 18. Le comparateur-discriminateur 17 est conçu de manière à pouvoir envoyet dans l'une des entrées d'une porte ET à deux entrées 19 un signal dit de comptage dès que le rapport entre les grandenrs des signaux émis par, respectivement, les amplificateurs 18 et 19, derient inférieur à une valeur de seuil prédécerminée. L'autre entre de la porte ET 19 reqoit les impulsions ce l'horloge 10, et la sortie de ladite porte ET est reliée à l'entrée du compteur 13 qui peut comporter deux sorties dont l'une 13a est reliée à un organe d'affichage, tandis que l'autre 13b est reliée à un enregistreur et à des meyens dits de contreréaction agissant sur les moyens d'élaboration (filières) du fil Avantageusement. le choix de la durée et de la fréquence des iulsions de l'horloge iO est tel qu'un intervalle entre deux impulsions corresponde à 1 m de déplacement de balayage du faisceau 3b. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus et représenté sur le dessin est le suivant Les gains des ampliticateurs 16 et 18 sont réglés de telle sorte que le signai de comptage soit émis par le comparateur-descriminateur 17 dès que la quantité de lumière du faisceau 3b en aval du fil 7 devient inférieure à 50 % de celle dudit faisceau 3b en amont dudit fil 7. Le nombre d'impulsions comptées par le compteur 13 donne ainsi directement la valeur du diamètre du fil 7. Ainsi ce dispositif permet de donner une mesure dimensionnelle précise et indépendante, d'une part, des fluctuations de la source de lumière grace à la référence à la quantité de lumière émise par la source 4, cette référence étant obtenue par la déviation d'une fraction déterminée de cette quantité de lumière et la mesure de la quantité de lumière déviée, et, d'autre part, de la position de l'objet 7 dans le volume balayé gracie au procédé original consistant à utiliser un faisceau de balayage parallèle et un objectif ou tout autre dispositif amenant ce faisceau de balayage à converger en un foyer. Le dispositif de l'invention est notamment applicable la mesure de la dimension transversale d'une pièce en mouvement, mesure qui est essentielle au contrdle en cours de fabrication. Elle évite le rejet de pièces hors cotes et permet le réglage automatique de channes de fabrication continue. C'est ainsi que le dispositif de l'invention peut s appliquer aux fabrications suivantes - Mesure de diamètres de fils téléphoniques qui ont besoin d'une précision de I ;fl sur leur diamètre en cours de fabricatí cn - Mesure de diamètres de fils résistifs - Mesure de diamètres de pièces rectifiées en cours de @@brication sans arrêt de la machine - Mesure de diamètres de fibres optiques, fibres synthétiques, textiles ; etc. - Contrtle de pièces de forme quelconque en un temps très court @@@@sure de diamètres de billes pour roulement de @@@@@@@@@ - Mesure d'épaisseur de rubans. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le dispositif de miroir tournant 1, 12a 12 peut être remplacé par un miroir oscillant, ou par un déflecteur acousto-optique, ou par un déflecteur électro-optique. REVEND I CA T IONS 1) Dispositif optique de mesure de dimension d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens dits de balayage pour émettre un faisceau lumineux dit de balayage parallèle animé d'un mouvement de balayage tel que ledit faisceau se déplace tout en restant parallèle à une direction fixe et balaye au moins toute l'étendue d'une dimension de l'objet, un détecteur de lumière placé en aval dudit objet sur le trajet de la lumière dudit faisceau lumineux et des moyens de mise en mémoire recevant les indications dudit détecteur de lumière. 2) Dispositif selon la revendicetion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un 9tlt; bme détecteur de lumière pour mesurer le flux de lumière du faisceau en amont de l'objet et des moyens de comparaison pour comparer ce flux de lumière ainsi mesuré dit flux amont avec celui dit flux aval mesuré par le détecteur de lumière placé en aval de l'objet et pour fournir des informations de comparaison aux moyens de mise en mémoire. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de comparaison sont associés à des moyens de discrimination susceptibles de fournir à une minuterie, dès que le rapport entre les flux aval et amont devient inférieur à une valeur prédéterminée, un signal de fonctionnement de telle sorte que ladite minuterie soit mise en service pendant la durée dudit signal, cette minuterie constituant les moyens de mise en mémoire. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier détecteur de lumière est placé en aval d'un objectif placé lui-mEme en aval de l'objet sur le trajet de la lumière du faisceau lumineux, ledit premier détecteur de lumière étant, de préférence, placé au floyer image dudit objectif 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de balayage comprennent une source de lumière, émettant un faisceau d'axe fixe, des moyens de déflexion recevant ce faisceau d'axe fixe et produisant un faisceau dit de balayage angulaire animé d'un mouvement angulaire et des moyens dits de transformation recevant ce dernier faisceau et produisant le faisceau de balayage parallèle. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 5 et la revendication 3, caractérisé en ce que le mouvement de balayace parallèle est un mouvement périodique commandé à tartir d'une horloge dont les impulsions sont comptees par un compteur pendant la durée du signal de fonctionnement, ladite horloge et ledit compteur constituant la minuterie. 7? Dispositif selon l'une quelconque ries re@endications l à 6 et la revendication 3, caractérisé en ce C le faisceau de balayage parallèle présente un axe ou un plan ce symétrie, et en ce que la valeur prédéterminée du rapport des @lux aval et amont est égale à environ 1/2 B) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de transformation sont constitués par un objectif dont le foyer objet est situé au centre de rotation du faisceau de balayage angulaire, cet objectif étant de préférence calculé afin de pouvoir transformer un mouvement de rotation à vitesse angulaire uniforme en un mouvement de translation à vitesse linéaire uniforme. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de déflexion sont constitués par un miroir oscillant, ou par un miroir tournant ou par un déflecteur électro-optique ou acousto-opticue. 101 Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisé en ce que la source de lumière des moyens de balayage est un iaser.