Brevet FR2337329A1 — publié le 19770729

La présente invention concerne un procéda ee un dispositif optiques @ pour la comparaison des coordonnées spatiales des points de l'enveloppe d'un objet tridimensionnel à contrôler et de celle d'un objet de référence, le pro cèdé consistant à former simultanément, sur I l'objet à contrôler, les images à travers un premier et un second système optique et portées respect ivement par un premier et un second faisceau lumineux, d'une première et d'une seconde trame, les deux systèmes optiques ayant une position fixe par rapport à un repère servant à définir la' position de l'objet de référence et des axes optiques convergeant vers l'objet de référence, la seconde trame étant définie comme une image, à; travers le second système optique, de l'image de la première trame, formée sur l'objet de r6férence,à travers le premier systeme optique. On actuellement des procédés optiques utilisés aux mêmes fins et permettant notamment de comparer les formes d'un ou de plusieurs objets tridimensionnels par rapport à un objet de référence de forme et de dimensions voisines ou de remettre en place un objet écarté d'une position, prise comme référence. L'un de ces procédés connus utilise, comme premiere transe, un matériau transparent raye de bandes parallèles opaques, la seconde trame étant constituée par un eliché positif, pris à travers le second système optique, de l'objet dé référence éclairé par le premier système optique, a travers la première trame.Les écarts entre les coordonnees spatiales des différents points de la surface de l'objet à contrôler et de l'objet de référence sont révélés par un -effet de moiré apparaissant à la surface de l'objet à contrôler et observable directement. Cette technique, dite de moiré additif, pressente les deux inconvénients suivants : d'une part les-franges de moiré sont peu contrastées, ce qui est un inconvénient sensible lorsque l'objet à contrôler a une surface terne, d'autre part il est impossible, dans le cas général, de déterminer si l'écart mis en évidence, entre les coordonnées spatiales des points des zones des enveloppes des objets comparés ou apparait l'effet de moire, est positif ou négatif par rapport à une direction conventionnelle quelconque; il est impossible de savoir, par exemple, si l'objet à contrôler présente un creux ou une bosse par rapport à l'objet de référence, s'il est situé en avant ou en arrière à l'objet de référence, par rapport à cette direction conventionnelle.Une autre technique, dite de moiré multiplicatif ou encore de moiré soustractif, permet d'examiner des franges bien contrastées, mais sur une image de dimensions réduites par rapport aux objets comparés, ce qui restreint considérablement la commodité de l'observation. Par ailleurs, cette derniere technique ne permet pas de supprimer le second inconvénient. L'invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif optiques permettant d'ameliorer sensiblement le contraste des franges de moiré et de déterminer, par observation directe, le signe de l'écart que présente la forme ou la position d'un objet à contrôler par rapport a la forme ou la position de l'objet de référence. Le procédé selon l'invention est principalement caractérisé en ce qu'on utilise une première trame constituée par des zones opaques régulièrement distribuees suivant deux axes sécants à la manière d'un damier et deux faisceaux lumineux de couleurs différentes. De préférence la distribution en fréquence de ltenergie lumineuse de ces deux faisceaux présente un seul pic, de sorte que ces faisceaux peuvent être considérés comme monochromatiques. La première trame peut, par exemple, être constituée par un damier de carrés ou de rectangles. La seconde trame peut être obtenue par photographie, a travers le second système optique, de l'image de la première trame, forma sur-l'objet de référence , à travers le premier système optique, ou obtenue par impression d'une plaque au moyen d'un dispositif commandé par ordinateur à partir des données géométriques du premier faisceau, des caractéristiques du second système optique et de l'équation mathématique de l'enveloppe de l'objet de référence. Une forme de réalisation de l'invention sera décrite ci-apres, à titre indlcatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel Les figures la et lb sont des schémas de principe du u dispositif selon l'invention. Les figures 2a, 2b, 2c montrent, à titre d'exemple, quelques motifs utilisables pour la réalisation de la première trame. Les figures 3, 3a, 3b, 3c illustrent l'effet observé à la surface de l'objet à contrôler, en utilisant le dispositif selon l'invention. La figure la est relative à la première phase du procédé, dans le cas d'un objet réel. Sur un objet de reference 1, dont la position est connue dans un repère 2 (x, y, z) par exemple un repère lié au laboratoire, est formee, au moyen d'une première source lumineuse 3 et d'un premier système optique 4, l'image d'une première trame 5. Cette première trame 5 est constituée de zones opaques contigues régulièrement distribuées suivant deux axes sécants, ces zones pouvant être par exemple de forme carrée, rectangulaire ou triangulaire comme le montrent les figures 2a, 2b, 2c. L'image, obtenue à travers un second système optique 6, Se l'objet de référence ainsi éclaire par l'image de la oremière trame, est fixée dans un plan 7, par photographie par exemple Les axes optiques des systèmes 4 et 6 convergent vers l'objet de référence 1. La source 3, les systèmes 4 et 6, la trame 5 et le plan 7 ont une position fixe et connue dans le repère 2. Le cliche positif ou négatif résultant de la fixation de l'image de l'objet de référence éclaire par l'image de la première trame est utilisé comme seconde trame 8 dans la seconde phase du procédé, illustrée par la figure lb. Dans cette seconde phase, l'objet de référence 1 est rem place-par un des objets a contrôler 9, la trame 8 est placée dans la position du plan 7 et une seconde source lumineuse 10 projette, sur l'objet a contrôler 9, l'image, a travers le second système optique 6, de cette seconde trame 8. De meme la première source 3 forme sur l'objet a contrôler 9 l'image de la première trame 5 a travers le premier système optique 4. Si la seconde trame 8 est un cliché positif, la première trame garde la posiez tion qu'elle avait au cours de la première phase. Si, par contre, la seconde trame est un cliché négatif, la premiere trame doit être déplacée, ou retournée avant d'entre remise dans son plan, de manière que les positions occupées par ses zones transparentes pendant la première phase soient occupées par ses zones opaques pour la seconde phase et réciproquement, ce qui suppose une forme et une distribution identiquesedes zones opaques et des zones transparentes.Des filtres colorés 11 et 12 sont respectivement placés sur le trajet du premier faisceau 13 et du second faisceau 14,1es couleurs de ces deux filtres étant differentes l'une de l'autre.Il est préférable que le spectre en fréquen- ce de chacun des deux faisceaux presente un nombre restreint de composantes L'effet optique apparaissant a la surface de l'objet a contrôler est d'autant plus facile a observer que la couleur de chacun des deux faisceaux 13 et 14 se distingue de la couleur propre de cet objet. La structure de cet effet optique est illustrée par les figures 3a, 3b, 3c dans le cas où la première trame 5 est constituée par un damier de rectangles et on l'écart entre les coordonnées spatiales des profils b ou c de l'objet a contrôler et celles du profil a de l'objet de référence est inférieur au pas h, indiqué sur la figure 3 qui représente schématiquement la structure des faisceaux 13 et 14 suivant un plan de trace T, sensiblement perpendiculaire a l'enveloppe de l'objet a contrôler. Lorsque les coordonnées spatiales dans le repère 2 de l'enveloppe de l'objet a contrôler 9 coincident exactement avec celles de l'enveloppe a de l'objet de référence 1, les zones d'éclairement et d'extinction-du faisceau 14 se superposent exactement, la surface de l'objet a contre ler, aux zones correspondantes du faisceau 13, pour former des zones de superposition de lumière 15, dont la couleur est la résultante des couleurs des faisceaux 13 et 14 si l'objet observé est blanc, et des ombres 16 (figure Sa). Si l'enveloppe de l'objet présente, comme le profil b, un creux ou une position en retrait par rapport à l'enveloppe de l'objet de référence, il y a discordance entre les zones d'éclairement et d'extinction des deux faisceaux 13 et 14, de sorte que le second faisceau 14, par exemple situé a droite du faisceau 13, éclaire sur la droite les ombres 16 correspondant aux zones d'extinction du premier faisceau 13, et que ce faisceau 13 eclaire sur la gauche les ombres 16 correspondant aux zones d'extinction du second faisçeau 14. Ceci se traduit, à la surface de l'objet à contrôler 9, par des zones de débordement 13' et 14' respectivement de la couleur des faisceaux 13 et 14, apparaissant entre les zones de superposition de lumière 15 et les ombres 16 comme indiqué sur la figure 3b. Si, par contre, l'enveloppe de l'objet à contrôler présente, comme le profil c, une bosse ou une position en avant par rapport a l'enveloppe de l'objet de référence, la position des zones de debordement 13' et 14' est inversée par rapport aux zones 15 de superposition de lumière et aux ombres 16, pour une meme position relative des faisceaux 13 et 14 (figure 3c). Par ailleurs, la surface des zones 13' et 14' est liée par une relation simple a la distance séparant les profils b et c du profil a. La disposition etla surface des zones 13' et 14' par rapport aux zones de superposition 15 permet donc, par observation directe, de déterminer I' im- portance et le signe de l'écart entre les coordonnées spatiales des points de l'enveloppe de l'objet à contrôler et celles des points correspondants de l'enveloppe de l'objet de référence. Comme ce resultat est local, il est possible également de déterminer une mauvaise inclinaison globale de l'objet, le haut étant tar exemple en retrait et le bas en avant. Dans ce cas, différent de ceux représentés aux figures 3b et 3c et qui correspondent à un décalage résultant d'une simole translation de l'objet à contrôler, les surfaces des dférentes zones de débordement 13' et 14' évoluent suivant une direction verticale. Lorsque l'écart entre les envelopoes des objets a comparer est supérieur au pas h indiqué sur la figure 3, des battements optiques apparaissent sur l'objet de référence. Le nombre de ces battements est d'autant plus grand que l'ecart est important et l'observation conjointe de ces battements et des discordances fines permet de replacer un objet même fortement décas lé. La structure de la première trame 5 peut être choisie en fonction de la forme de l'objet à contrôler. Un damier de carrés ne privilégie aucune direction, un damier de rectangles permet de privilégier une direction verticale ou horiZontale et une trame de triangles une direction oblique. Dans le cas ou il n'est pas possible de disposer de l'objet de référence, la seconde trame 8 peut être calculée ooint par point par un ordi nateur a partir des données relatives à la structure de la première trame 5, aux systèmes optiques 4 et 6 et à la forme méthamatique de 1'enveloppe de l'objet de référence 1, sur la base des lois bien connues de l'optique géométrique. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés dans le cas ou les objets à comoarer sont animés de mouvements périodiques, sinusoidaux par exemple. Dans un tel cas, l'image de l'objet de référence est obtenue par un quelconque procédé stroboscopique, pour une position de l'objet de référence 1 dans le repère 2 définie par un certain angle de phase par rapport à la position moyenne de cet objet. La formation de l'image de la seconde trame 8 sur l'objet à contrôler 9 est également obtenue par un procédé stroboscopique et doit intervenir lorsque l'objet à contrôler 9 est dans une position définie par le même angle de phase 0 par rapport à sa position moyenne. Il est du reste bien entendu que de nombreuses modifications pue vent être apportées au mode de réalisation decrit ci-dessus en référence au dessin annexé, sans que l'on s'ecarte pour autant du cadre de la présente invention. C'est ainsi notamment que les deux faisceaux de couleurs différentes 13 et 14 peuvent être obtenus à partir de deux sources lasers deeouleurs différentes et que les deux sources lumineuses 3 et 10 peuvent être remplacées par une source unique coopérant avec des moyens optiques pour produire à partir de cette source, deux faisceaux lumineux issus de deux points différentes de l'espace et convergeant vers l'objet à contrôler 9. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la comparaison des coordonnées spatiales des points de l'enveloppe d'un objet tridimensionnel à contrôler et de celle d'un objet de référence, consistant à former simultanément, sur l'objet à contrôler, les images à travers un premier et un second système optique et portées respectivement par un premier et un second faisceau lumineux, d'une première et d'une seconde trame, les deux systèmes optiques ayant une position fixe par rapport à un repère servant à définir la position de l'objet de référence et des axes optiques convergeant vers l'objet de référence, la seconde trame étant definie comme une image, à travers le second système optique, de l'image de la première trame, formée sur l'objet de référence, à travers le premier système optique, caractérisé en ce qu'on utilise une première trame 5 constituée par des zones opaques régulièrement distribuées suivant deux axes sécants à la manière d'un damier et deux faisceaux lumineux 13, 14 de couleurs différentes. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on obtient la seconde trame 8 par photographie de l'image de la première trame 5, formée, à travers le premier système optique 4, sur l'objet de référence 1. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on obtient la seconde trame 8 par impression d'une plaque au moyen d'un dispositif commandé par ordinateur à partir des données géométriques du premier faisceau 13, du second système optique 6 et de l'équation mathématique de l'enveloppe de l'objet de référence 1. 4.- Dispositif mettant en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant des premiers moyens pour éclairer une preière- trame, un premier système optique permettant de former sur un objet de référence l'image de ladite première trame, un second svstème ontique ter- mettant d'obtenir dans un nlan l'image réelle de l'image de la première trame ainsi formée sur l'objet de référence ) des moyens pour prendre sur une plaque photographique un cliché de cette image réelle, des moyens pour replacer, après développement et tirage, une seconde trame obtenue à partir de ce cliché rigoureusement à la place de la plaque photogranhique, des seconds moyens pour éclairer cette seconde trame de façon à en former > à travers ie second sys teme optique, l'image sur un objet à comparer à l'objet de référence placé à la place de ce dernier, caractérisé en ce que les deux faisceaux lumineux 13, 14 issus des deux systèmes optiques 4, 6 sont de couleurs difsrentes et en ce que la première trame S est constituée par un ensemble de zones opaques dispo sées en damier. 5.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'énergie lumineuse de chacun des deux faisceaux 13, 14 est princigalement concentrée autour.d'une seule longueur d'onde. 6.- Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les deux faisceaux lumineux 13, 14 sont produits par deux sources lasers de couleurs différentes. 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 a 6, caractérisé en ce que les deux faisceaux lumineux 13, 14 sont obtenus a partir d'au moins une source de lumière non monochromatique et de deux filtres 11, 12 de couleurs différentes. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 a 7, caractérise en ce que la première trame est constituée de zones opaques en forme de carré, régulièrement distribuées à la maniere d'un damier. 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 a 7, caractérisé en ce que la première trame est constituée de zones opaques en forme de rectangle, régulièrement distribuées a la manière d'un damier. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 a 7, caractérisé en ce que la première trame est constituée de zones opaques en forme de triangle, régulièrement distribuées a la maniere d'un damier.