Brevet FR2344814A1 — publié le 19771014

a présente invention concerne un procédé nouveau de relevés topographiques, permettant d'ausculter et de déterminer le positionnement des différents éléments composant par exemple le gabarit intérieur dtun ouvrage dtart tel qu'un tunnel. Les procédés connus sont relativement imprécis. Par ailleurs, ils exigent un repérage délicat. Les mesures doivent Autre faites entièrement sur le terrain. Dans le cas d dtun tunnel S.N.G.F., le positionnement des lignes électriques, des signaux, des rails, de la volte..., entratne une interruption relativement longue du trafic, et une coupure de la tension électrique. En ce qui concerne plus particulièrement les ouvrages d'art ( tunnels... ), les contrBles de stabilité posent un problème souvent délicat. La présente invention a pour but de remédier à ces incon vénients et de réaliser un procédé nouveau d'auscultation et de positionnement, à l'aide d'un relevé topographique précis, rapide, et permettant un contrtle quantitatif. Elle concerne également le matériel de mesure utiles8. Un procédé de relevés- topographiques selon l'invention est destiné notamment à ausculter des ouvrages d'art, et il est caractérisé en ce qutil consiste à photographier sur une émulsion photo-sensible,les points d'impact d'un rayon laser tournantqui balaye un plan rigoureusement parallèle à la surface sensible, tandis qu'on superpose à cette première photo, une seconde prise de vuefournissant l'image d'un dispositif métrique, par exemple une mire graduée, rigoureusement repéré par rapport au plan balayé par le rayon laser, le cliché obtenu étant ensuite utili sd pour mesurer le positionnement et les dimensions des différents éléments coupant le plan balayé par le rayon laser. Suivant une autre caractéristique, le rayon laser peut tourner en continu ou en discontinu, tandis que la seconde photo est par exemple réalisée au flash pour fournir 11 image d'une mire graduée placée exactement dans le plan balaya par le rayon laser tournant. Le dispositif métrique photographié lors de la seconde prise de vue peut Entre positionné dans un plan parallèle au plan de balayage et éloigné de ce plan d'une longueur connue. Suivant une autre caractéristique, on dispose lsémulsion photo-sensible à l'intérieur d'une chambre métrique de prise de vue dont l'axe optique est sensiblement horizontal, et parallèle a l'axe longitudinal de ltouvrage à ausculter, tandis que l'on positionne l'appareil émetteur laser de la façon suivante. - On émet un rayon laser de centrage, cette émission lumineuse étant située dans le meme plan vertical que l'axe optique de la chambre de prise de vue, d > une part, et d'autre part orientée perpendiculairement au plan de l'émulsion photo-sensible - on détermine la distance entre la plaque sensible et le plan balayé par le rayon laser tournant, la précision de cette mesure étant fonction des tolérances admises pour le relevé topographique. Suivant une autre caractéristique, par construction, le rayon laser de balayage est rigoureusement perpendiculaire au rayon laser de centrage, c'est-à-dire rigoureusement parallèle à l'émulsion photo-sensible de la chambre, constituée par exemple par un appareil photographique à plaque. Suivant une autre caractéristique, la détermination des mesures et des positionnements des différents éléments est réalisée par exploitation du cliché sur dea appareils à système métrique, si bien que, connaissant la distance entre le cliché et le plan balayé par le rayon laser, dtune part, et d'autre part la position et la longueurdu dispositif gradué photographié on obtient, à partir de l'image plane, les dimensions exactes des éléments considérés dans le plan balayé. Suintant une autre caractéristique, ce procédé permet de contrôler le positionnement d'un gabarit et de ses éléments, par rapport à un projet initial sur plan. Suivant une autre caractéristique, le cliché obtenu constitue un enregistrement, par exemple de section droite, dtun tunnel, cet/enregistrement étant conservé et réutilisé pour effectuer un contrle de stabilité par comparaison avec un autre relevé photo-laser de la m4me section, ce second relevé pouvant être effectué:après un intervalle de temps quelconque. Le matériel utilisé pour réaliser un relevé topographique suivant le procédé de l'invention comprend une chambre métrique de prise de vue et un appareil laser, et il est caractérisé en ce que le positionnement et le centrage de l'émetteur laser sont permis en comparant la direction d'un rayon de centrage à la direction de l'axe optique de la chambre, l'appareil laser comportant au moins une titre rotative, escamotable et munie dtun pentaprisme qui fournit un rayon tournant de sortie, lequel balaye un plan au cours de la rotation dtun système optique porté par une bride coulissante sur un plateau support, tandis qu'un dispositif métrique est susceptible d'être adapté au système é metteur pour donner sur ltémulsion photo-sensible de la chambre, une image mesurable du plan balayé. Suivant une autre caractéristique, le système optique de l'émetteur laser comprend un corps porté par une calette demisphérique ménagée sur la bride coulissante, ce corps étant muni d'adapteurs pour des testes optiques permettant le balayage de plans inclinés. Suivant une autre caractéristique, le rayon tournant est fourni par une titre captrice reliée au moyen de fibres optiques à un émetteur laser fixe, décalé et d'orientation quelconque. Ce laser fixe fournit par exemple une émission dans le bleu qui est transmise à la tête tournante par les fibres optiques. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'inven- tion. Figure 1 montre la mise en station de l'émetteur laser et de l'appareil photo pour le relevé selon ltintention. Figure 2 montre le parallélisme du plan balayé par le rayon laser et de ltémulsion photo-sensible. Figure-3 et 4 illustrent le système optique fournissant respectivement le rayon laser de centrage et le rayon laser de balayage. Figure 5 est une vue générale de l'émetteur laser en position rotative. Figure 6 illustre les impacts du faisceau laser rotatif sur les éléments contenus dans une section droite d'un tunnel, cette section étant parallèle à l'émulsion photo-sensible. Figure 7 représente le cliché définitif après pose de la mire et photographie au flash. Figure 8 est un graphique mesurable de la section balayée par le laser. Figure 9 montre un contrtle effectué par superposition de deux clichés de la mEme section, pris par exemple à un an dtintervalle. Suivant la précision recherchée on pourra disposer sur le contour de la section, des témoins quiapparattront plus nets et plus précis à l'exploitation. Figure 10 est une vue en perspective de l'émetteur laser. Figure 11 est une vue détaillée du système optique de 1 émetteur. Figure 12 est une variante avec émission laser extérieure au système rotatif. en oeuvre On a représenté sur les dessins la mise du procédé de relevés topographiques selon l'invention, pour la détermination, le positionnement et la mesure des différents éléments composant le gabarit intérieur d'un tunnel, dans le cas d'une ligne électrifiée de chemin de fer. On se propose de réaliser le relevé topographique en prenant un cliché, à l'aide d'une chambre métrique de prise de vue par exemple un rayon laser lumineux fourni par un émetteur rotatif 2. On verra plus loin que le cliché obtenu permet de faire des mesures de gabarits et de positions. La figure 1 montre la mise en place de l'émulsiog photosensible et de l'émetteur laser 2. L'appareil photographique 1 est placé par exemple de façon que l'axe optique de son objectif soit sensiblement horizontal et parallèle à un axe longitudinal du tunnel. L'obbarateur de l'appareil est fermé. La plaque portant l'émulsion 3 est mise en place, par exemple dans un plan sensiblement vertical et transversal. On cadre l'appareil de façon que la prise de vue à réaliser englobe le gabarit considéré On met en station horizontale l'émetteur laser 2.Le système pptique contenu dans le coffret 4 fournit un rayon laser dit de centrage 5. On règle émetteur 2 de façon que : a) - Le rayon laser de centrage 5 soit perpendiculaire au plan de l'émulsion photo 3.; b) - L'axe optique et le rayon de centrage soient parallèles. c) - L'ase optique de la chambre et le rayon de centrage 5 soient situés dans le meme plan vertical. Sur la figure 1, on a représenté le cas particulier dans lequel l'axe optique de l'appareil photo et le rayon laser 5 sont confondus. On modifie ensuite l'orientation du 1'sayon laser qui sort suivant la direction 8 rigoureusement orthogonale au rayon initial 5. Ce pivotement est obtenu on actionnant un clapet ( non représenté ) qui, par construction, fait pivoter de 90 degrés la reflexion totale. Dans la position 9a d'un système optique 9 de reflexion ( figure 3 ), le rayon laser est émis à travers l > ori fice 6. il constitue le rayon de centrage ou d'alignement 5. Le système 9 l'ayant fait pivoterte 90 degrés ( position 9b,figure4 ) le rayon laser 8 sort par l'orifice 7 ( figures 2 et 4 ). il est alors rigoureusement parallèle à ltémulsion photo-sensible 3. En basculant le système de réflexion optique de la position 9a à la position 9b, le coffret 4 est libéré, c'est-à-dire qu'il peut tourner autour d'un axe parallèle au rayon de centrage. Le rayon 8 balaye un plan 10 rigoureusement parallèle à la plaque 3. Si le rayon d'alignement 5 était horizontal ( ce qui est généralement le cas ), et longitudinal, le plan de balayage 10 est vertu cal et transversal. ( figure 2 ). On enclenche la rotation ( flèche 11 ) du rayon laser; puis on ouvre l'obturateur de la chambre ou appareil photographique. Le temps de pose est fonction de la longueur d'ondes de l'émission laser et de la sensibilité de l'émulsion photo-sensible. Les appareils lasers les plus employés fournissent généralement un faisceau monochromatique dans le spectre rouge.On peut cependant utiliser également sn lasertbleu" qui offre une meilleure sensibilité aux émulsions courantes et permet un gain de temps à la pose. De plus il facilite la réalisation d'un relevé à la lumière ambiante. Qn sait que les appareils laser "bleus" sont lourds. On évite le mécanisme de balayage de la façon décrite plus loin et représentée sur la figure 12. Les impacts laser sont illustrés sur la figure 6. Lorsque le temps de pose est suffisant, on ferme l'obtu- rateur, sans déplacer l'appareil photographique. Au cours de la rotation, on a repéré par exemple sur le sol, le passage du faisceau laser tournant ( un seul repère est suffisant si le plan balayé est rigoureusement vertical ). Si le plan est incliné on peut prendre des repères supplémentaires. Sur la trace repérée, on pose une mire verticale ( figure 7 ) ou un autre système adaptable gradué ( figure 12 ) que lton maintient dans le plan balayé par le faisceau laser ou dans un autre plan de preférence parallèle au plan balayé ou au moins susceptible autre parfaitement positionné. Le dispositif métrique ainsi positionné, on superpose au cliché du faisceau laser sur l'émulsion photographique, une prise de vue au flash. Cette Photo a pour objet de définir sur le cliché, une image des moyens de mesure pour une exploitation métrique, et de constituer un contrtle de la configuration du gabarit et la nature des éléments sur lesquelMse sont produite les impacts du rayon laser tournant.Par exemple, dans le cas d'un tunnel de chemin de fer, à deux lignes 13 et 14, cette photo permet de constater la présence de quatre rails 13a, 13b, 14a, 14b, de cibles porteurs 16 et 17, et de lignes électrifiées 18 et 19. Ces éléments sont disposés à l'intérieur du tunnel 15. Le faisceau laser a balayé une section droite dont la périphérie est définie par le contour surexposé 20. Cette section droite est coupée par les éléments intérieurs 13, 14, 16, 17, 18, et 19 aux points surexposés 21 à 28 ( figures 6 et 7 ). La photographie du rayon laser tournant donne limage représentée pur la figure 6. Les points d'impact sur les éléménts intérieurs sont mal identifiés et cette identification serait difficile si le nombre d'éléments était important. De plus, en ne peut pas réaliser de mesures précises sur cette image, faute d'une échelle. Cette dernière est fournie par la seconde prise de vue. Cette photo par exemple une prise de vue au flash identifie, de façon certaine, les points d'impact du rayon laser, en même temps qu'elle fait ressortir les éléments de contrôle et de mise à l'échelle, tels que la mire ou autres repérages mesurables. On mesure la distance déparant l'émulsion photo du plan balayé par le faisceau laser ou ltécartement des voies, ou la hauteur d'un câble porteur au-dessus d'un rail etc... Ces mesures présentent l'avantage d'introduire de nouveaux contr8les. Le cliché obtenu, et en particulier, ses points remarquables 20, 21 à 28, sont exploités pour des mesures de dimensionnement et de positionnement à l'aide d'appareils de haute précision, de types connus, tels que mono-comparateur, ou stéréo-com- parateur. Le cliché obtenu par la combinaison d'un appareil photographique et d'un émetteur laser permet de réaliser l'image rigoureusement exacte ( figure 8 ) touS J les éléments de la section balayée par le rayon. Un relevé photogéométrique identique pourra ensuite outre réalisé de la même façon, par exemple au bout d'un an. On obtiendra une seconde image à partir de laquelle on pourra déduire toutes les dimensions recherwhées. Cette seconde image pourra ttre comparée à l'image 20 obtenue lors du premier relevé-photo- géométrique ( figure 9 ). Cette simple comparaison constitue un contrôle de stabilité de la voûte ( comparaison des contours 20 ou 30 ; des témoins ), du sol (mesure du déplacement des rails) ou des autres organes intérieurs ( vérifications du positionne- ment des lignes électrifides... ). Un appareil rotatif laser est représenté en détail sur les figures 10 et 11. Un plateau support 31 est monté sur un tré pied, ou un appareil mobile ( non représenté ). Ce plateau com- prend une bride 32 dans laquelle coulisse une pièce 33. Le tube laser 34 est monte sur 33 par lu système comportant une calotte semi-sphérique 35 et des vis de calage 36. par sa partie superieure, le tube est adapté à un corps optique 40. Un système de rotation 39 permet d'orienter ce corps pus de le caler à 11 aide d'une vis de blocage 38, Le corps tourne ( flèche 37 ) autour de l'axe vertical du tube de réception laser 34. Le dispositif est complété par X - Un prisme à faces-parallèles 42, logé dans le corps 40, - Une titre optique principale 41 qui est fixée sur le corps 40 par des pièces d'adaptation amovibles permettant de dé terminer l'orientation des éléments optiques. La t8te principale 41 comporte les pièces suivantes - un miroir de renvoi 43 on un penta prisme 44, esca me tables; - des têtes auxiliaires, rotatives et escamotables 45 et 46 équipées chacune d'un pentaprisme 47 ou 48 ( figure 11 ); - un moteur (-non représenté ) avec un train dtengre- nages 50 pour amener les tettes auxiliaires, le miroir de renvoi e le pentaprisme sur le trajet du rayon lumineux; ce moteur ( qui peut aussi astre monté dans le corps 40 ) assure la rotation des ta tes 45 ou 46 autour de leur axe ou la rotation des seuls pentaprismes de réflexion 47 ou 48 ( flèches 51 et 52 ) On a représenté sur la figure 11, en traits interrompus, une autre teste optique principale 41a qui fournit, suivant la direction 49, un rayon de sortie dans un plan incliné. Un rayon laser 53 issu du tube 34 est utilisé - d'abord comme rayon de centrage 5, les tOtos auxiliaires étant escamotées, alors que le pentaprisme 44 est intercalé sur le trajet lumineux; - ensuite comme rayon de balayage d'un plan vertical. Pour cela, on intercale la teste 46 sur le rayon horizontal, et on fait tourner cette toute ( en son pentaprisme 48 ) autour d'un axe horizontal ( flèche 52 ). Le rayon tournant de sortie 54 est représente en traits pleins. Bien entendu,la direction de ce rayon peut Outre orientée à volonté par l'intermédiaire des systèmes optiques de l'appareil laser. figure 11 montre plusieurs plans de balayage possi bles : 54, 54a, 54b. Sur la figure 12, on a représenté un appareil optique rotatif récepteur, émetteur 55. Le rayon laser est fourni par un appareil fixe 56 qui donne une émission dans le bleu. Des fibres optiques 57 transmettent ce rayon monochromatique au tube de réception 58 de l'appareil tournant 55. Par ailleurs, pour le relevé topographique un dispositif métrique adaptable comprend des repères 59 et 60 qui sont groupés par exemple par paire, et, dans chaque paire, écartés l'un de l'autre d'une distance égale à l'écartement entre les testes rotatives 45a et 46a. Bien entendu, ce procédé n'est pas limité aux mesures citées. On peut par exemple mesurer l'inclinaison des voies ( et leur stabilite ) dans un virage, le centrage des rails relativement à la voûte... etc.00 Par ailleurs, il est évident que ce procédé est aussi applicable à d'autres ouvrages dtart ou bâtiments, tels que ponts, passerelles, trémies, etc... Le cas du tunnel de chemin de fer n'a été pris qu'à titre d'exemple. il n'est pas limitatif. REVENDICATIONS ~===3===2======= = 1- Procédé de relevés topographiques, notamment destiné à ausculter des ouvrages part, caractérisé en ce qutil consiste à photographier sur une émulsion photo-sensible, les points d'impact dlun rayon laser tournant en balayant un plan rigoureusement parallèle à la surface sensible, tandis qu'on superpose à cette première photo, une seconde prise de vue fournissant l'ima- ge, à une échelle connue, des éléments placés dans le plan balayé par le rayon laser, le cliché obtenu étant ensuite utilisé pour mesurer le positionnement et les dimensions des différents éléments coupant le plan balayé par le rayon laser. 2- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'échelle du cliché est donnée par l'image dtune mire graduée ou tout autre système métrique exactement positionné par rapport au plan balayé par le rayon laser et photographié lors de la seconde prise de vue réalisée au flash. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose ltémulsion photo-sensible à l'intérieur d'une chambre drise de vue dont l'axe optique due préférence sensiblement horizontal et parallèle à l'axe longitudinal de l'ouvra- ge à ausculter, tandis que l'on positionne l'appareil émetteur laser de la façon suivante s - l'émission lumineuse fournit un rayon laser de centrage situé dans un plan vertical parallèle ou confondu avec celui de l'axe optique de l'appareil photographique et perpendiculaire au plan de l'émulsion photo-sensible; - on détermine de façon très précise la distance entre la plaque photographique et le plan balayé par le rayon laser. 4- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise un émetteur laser qui, par construction, fournit un rayon tournant de balayage rigoureusement perpendiculaire au rayon laser de centrage, c'est à-dire rigoureusement parallèle au plan de ltémulsion photo-sensible. 5- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutonssétermine la grandeur ét le positionnement des différents éléments situés dans le plan balayé par le rayon tournant, paWexploitation du cliché obtenu sur' des appareils à système métrique, si bien que, connaissant la distance entre le cliché et le plan balayé par le rayon laser d1une part, et d'autre part la longueur de la mire ou d'autres systèmes, on obtient, à partir de l'image plane, les dimensions exactes des éléments considérés dans le plan balayé. 6- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il permet de positionner un gabarit et ses éléments en comparaison d'un projet sur plan. 7- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cliché, ou photo, obtenu constitue uienregistrement, par exemple une section droite d'un tunnel, cet enregistrement étant conservé et réutilisé pour effectuer un contrdle de stabilité par comparaison avec un autre relevé photolaser de la meme section, ce second relevé pouvant Autre effectué après un intervalle de temps quelconque. 8- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de relevés topographiques suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend - une émulsion photo-sensible disposée dans un appareil photographique; - un émetteur de faisceau lumineux de type laser, capable de four nirlun rayon de centrage rigoureusement perpendiculaire à un rayon tournant - + olyen gradué, par exemple une mire, qui est positionné dans plan balayé par le faisceau laser, une photographie de cette mire étant superposée aux impacts laser sur ltémulsion photosensible; - des appareils de mesure de haute précision afin d'obtenir des résultats quantitatifs à partir du cliché obtenu par la photographie d'un rayon laser. 9- Matériel utilisé pour réaliser un relevé topographique par la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une chambre métrique de prise dg(vue et un appareil laser, caractérisé en ce quh!dppareil laser comporte au moins une titre rotative, escamotable et munie d'un pentaprisme qui fournit un rayon tournant de sortie, lequel balaye un plan au cours de la rotation d'un système optique porté par une bride coulissante sur un plateau support, tandis qu'' un dispositif métrique est susceptible d'être adapté au système émetteur pour donner, sur l'émulsion photo-sensible de l-a chambre, une image mesurable du plan balayé. 10- Matériel suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le système optique de l'émetteur laser comprend un corps porté par une calotte demi-sphérique ménagée sur la bride coulissan tet ce corps étant muni d'adaptateurs pour des testes optiques permettant le balayage de plans inclinés. 11- Matériel suivant l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que le rayon tournant est fourni par une te captrice reliée, au moyen de fibres optiques à un émetteur laser fixe, décalé et d'orientation quelconque, cet appareil fixe fours - nissant une émission dans le spectre lumineux bleu, émission transmise à lia tête optique rotative par les fibres optiques.