Brevet FR2323124A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne un dispositif pour le guidage d'un engin à l'aide d'une source lumineuse très précise. Il est particulièrement destiné à équiper des engins de travaux publics ou des appareils travaillant dans des conditions particulièrement défavorables à l'utilisation des systèmes optiques connus de guidage. Ces systèmes connus utilisent par exemple une cellule photo-électrique. Les vibrations , le taux de particules opaques en suspension dans l'air entre le récepteur et l'émetteur... rendent aléatoire la précision du guidage et du réglage en niveau par exemple de la lame d'un bulldozer. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de réaliser un système de repérage optique de position permet tant le guidage précis en direction ou en niveau d'un engin, ce repérage ntétant pas altéré par les conditions de travailr. Un dispositif de repérage optique selon l'invention, destiné notamment à des engins de travaux publics, comprend une source lumineuse monochromatique et directionnelle fournie par un bloc de type laser installé sur le chantier indépendamment de l'engin à guider et un ensemble de conducteurs de lumière souples, et il est caractérisé en ce que Itengin porte au moins un panneau cons tituant la cible du rayon lumineux émis par le laser des orifiZ ces percés dans ltépaisseur de cette cible contenant chacun une extrémité d'un conducteur optique dont l'autre extrémité est disposée dans un orifice pratiqué dans un écran solidaire de l'engin et placé devant l'opérateur.La source lumineuse est soit un ra- yen lumineux ponctuel monochromatique, soit un plan lumineux de référence obtenu par ltoscillation du bloc laser autour d'un axe fixe. Suivant une autre caractéristiques le rayon laser frappe la cible après avoir traversé uK système optique définissant des lentilles de divergence croissante lorsqu'on s'éloigne du centre do la cible cette divergence étant nulle dans la zone centrale. Suivant une autre caractéristique, les orifices percés dans la cible et l'cran sont inclines pour faciliter la convergence des conducteurs optiques composés de fibres de verre-. Cette cons- truction permet, sans courber les fibres de fagon excessive, d'obtenir un faisceau peu encombrant de conducteurs entre la cible et l'écran. Suivant une autre caractéristique, les orifices de la cible sont percés suivant les deux axes de symétrie perpendiculaires et les deux diagonales du panneau constituant la cible. La densité d'orifices est grande au centre de cette cible, tandis que l'espacement entre les orifices successifs le long d'une ligne est par exemple logarithmique depuis le centre jusqu'à la périphérie de cette cible Suivant une autre caractéristique, lorsque le rayon laser de guidage frappe le centre de la ciblez il est vu directement au centre de l'écran de centrale placé devant l'opérateur. Suivant une autre caractéristique, le système optique divergent placé devant la cible agrandit la surface d'impact du rayon laser de façon que, quel que soit le décalage de l'engin, au moins l'un des conducteurs optiques ou guides d'ondes reçoit l'impact de la source lumineuse pour le transmettre à l'écrai. Cette disposition permet de diminuer le nombre de conducteurs optiques', en particulier dans les zones périphériques de la cible et de l'écran. Suivant une autre caractéristique, l'écran peut titre ltimage exacte de la cible, ou en être un multiple ou un sous-multiple. Il comporte de toute façon une zone centrale à vision directe, à nombre de trous identique à celui de la cible Suivant une autre caractéristique, la sensibilité du réglage peut être augmentée dans une direction déterminée pour obe tenir une meilleure précision. Ainsi, l'écran peut être identique, semblable, ou homothétique de la cible. Suivant une autre caractéristique, un écran double est alimenté par des guides dindes issu de deux cibles montées chacune à l'une des extrémités opposées par exemple d'une lame de bulldozer. La-source lumineuse est constituée par un rayon ponctuel émis par un laser pour chaque cible. On peut n'avoir également qu'un seul laser oscillant suivant une direction donnée à une fréquence suffisamment grande pour définir un plan lumineux de référence. Cette disposition permet d'orienter la lame d'un engin de terrassement par rapport à l'horizontale ou par rapport à un plan donné parallèle au plan de référence détini par le ou les rayons laser. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'inven- tion. Figure 1 est une vue du dispositif de guidage selon l'in- vention monté sur un engin de terrassement. Figure 2 est une vue agrandie des moyens optiques et du système de contrôle utilisé. Figure 3 est une vue en plan d'une cible. Figure 4 est une coupe de cette cible montrant l'angle de percement des orifices dans lesquels sont logés les conducteurs de lumière. Figure 3 illustre le montage de la cible, du système optia que divergent-et de la liaison entre la cible et l'écran de contrêle. Figure 6 montre un dispositif dans lesquels l'écran est l'image exacte de la cible. Figure 7 illustre une variante où les écartements sont aug- mentés suivant l'axe vertical. Figure 8 est une vue montrant la surface des taches lumineu- ses sur la cible après divergence à travers le système optique. Figure 9 montre un bulldozer équipé à chacune de ses extré- mités latérales d'une cible. Figure 10 est le système de guidage correspondant à la fi- gure 9 et permettant de régler la direction de l'engin, la hau- teur et l'inclinaison de la lame. On a représenté sur la figure 1 un engin de chantier, par exemple un bulldozer 1 équipé d'un système de guidage selon l'inZ vention. Le bloc laser 2 émet un rayon 3.- Le réglage du support fixe du laser permet de définir la hauteur et l'orientation du rayon de guidage et de repérage 3. Sur la lame 4 du bulldozers on fixe, de façon rigidê, une cible 5 percée d'orifices dans chacun desquels est disposée une extrémité dún conducteur de lumière 6 dont 1' autre extrémité alimante un écran 7 placé devant le conducteur du bulldozer. Bien entendu, le bulldozer n'est cité qu'à titre d'exemple. Le dispositif de l'invention pourrait autre monté sur tout autre engin de terrassement ou de chantier. L'ensemble de repérage et de guidage optique comprend essentiellement le bloc laser 2 émettant un rayon lumineux ponce tuel en direction de la cible $*+ Les conducteurs de lumière (fibres de verre) 6 ont chacun une extrémité engagée dans un ori- fice 8 de la cible 5, tandis que leur extrémité opposée est engin gée dans l'orifice correspondant 8a de l'écran 7t.- Les conducteurs do lumière 6 soit regroupés en un faisceau 10 (figure 2). Les fibres 6 sont souples'. Cependant* pour diminuer les courbures excessives, les orifices 8 percés dans la cible (et dans l'écran) convergent vers le centre de la cible.L'angle de percement varie par exemple de 60Q (orifices à la périphérie de la cible) à 900 (orifice central). On sait par ailleurs que le rayon laser 3 présente la quaZ lité de ne subir pratiquement aucune dispersion. L'impact sur la cible 5 est donc constitué par une tache lumineuse de très petit diamètre, ce qui permet une très grande précision mais nécessite un très grand nombre d'orifices dans la cible et dans l'écran de centrale pour qu'an moins l'un des conducteurs optiques 6 reçeive l'onde lumineuse. On résoud ce problème en montant la cible 5 dans un bottier compact et étanche 11. A l'intErieur de ce boî- tier et devant la cible on dispose un système optique 12 cons titué par des lentilles divergentes. Dans la zone centrale, la divergence est nulle (lame à face parallèle).Au fur et à mesure qu'on s'éloigne du centre, la divergence augmente et le diamètre do la tache lumineuse sur la cible s'agranditl. On peut ainsi espacer les percements de la cible. et de l'écran correspondant suivant une progression par exemple logarithmique. Les orifices sont disposés suivant les deux diagonales et les deux axes de symétrie du panneau constituant la cible (figures 3, 4 et L1inclinaison des percements et la limitation de leur nombre per- mettent de diminuer le nombre, la courbure et l'encombrement des conducteurs de lumière Le guidage de la lame en direction et en niveau à l'aide de ce système de repérage optique s'effectue de la façon suivan- te t a > le rayon laser frappant la cible 5 en haut et à gauche de son centre, le conducteur de lumière correspondant éclairera sur l'écran 7 un orifice placé en haut et à gauche de cet écran (figures 5 et 6). L'opérateur doit ramener la tache lumineuse au centre de l'écran. Le rayon laser est fixo. La cible est mobile avec l'engin et la lame. L'opérateur la déplace en direction de la tache lumineuse de repérage, c'est-à-dire vers la gauche (guidage en direction) et vers le haut (guidage en niveau).Si l'on désire un guidage très précis en niveau, on peut augmenter la sensibilité du dispositif de repérage en augmentant l'écarte- ment entre les orifices do l'écran sur l'axe vertical (figure 7)t Le rôle de l'optique divergente 12 est mis en évidence sur la figure 8. Le rayon laser ponctuel frappe la face avant de l'optique en Itun des points 13, 14, 15 ou 16. Dans la zone cen- trale 13, il n'y a pas de problème : le rayon lumineux illumine les extrémités des conducteurs aboutissant dans la zone hachurée. Les points excentrés 14, 15 et 16 ne correspondent pas à des per- cements dans la cible 5. Aucune fibre eptique n'est illuminée. La lame est trop haute ou trop basset trop à gauche ou trop & droit te. Cependant, l'opérateur ne sait pas quels sont le sens et l'am- plitude de la correction à effectuer.L'objet de l'optique 12 consiste précisément à transformer les points 14, 15 et 16 en des taches lumineuses 14a, 15a et 16a dont les dimensions sont telles quelles éclairent au moins une fibre optique pour permettre à l'opérateur de situer son erreur de position ou de niveau'.' La lame de l'engin représenté figure 9 comporte deux ciZ bles 17 et 18 solidaires chacune d'une des deux extrémités et re liées à un écran récepteur double 19 par des faisceaux de conduc- teurs optiques 20 et 21. Dans l'exemple représenté, deux blocs émetteurs sont prévus pour les deux cibles 17 et 18. On pourrait avoir également un seul émetteur oscillant pour définir un plan lumineux éclairant alternativement les cibles 17 et 18. Le schéma de repérage optique illustre-sur la figure 10 montre le fonctionnement de cette variante. La cible 17 corres- pond à l'écran 19a. La cible 18 correspond à l'écran 19b. les rayons laser traversent les Jeux de lentilles optiques divergen- tes et donnent sur les cibles 17 et 18 des taches lumineuses 22 et 23. Les conducteurs correspondant 20 et 21 éclairent sur le récepteur 19 les zones 24 et 25.La position et ltorientation de la ligne 24, 25 permettent à l'opérateur de corriger la direc- tion de son engin, ainsi que la hauteur et l'inclinaison de la lamer. A partir de la position illustrée sur la figure 10, l'engin est ramené vers la gauches la lame de travail est relevée, l'am- plitude de ce mouvement vertical étant plus importante sur l'exn trémité droite.L'engin est ramené à sa positioa idéale lorsque les cibles 17 et 18 sont éclairées en leur centre, ctest-å-dire lorsque les -points 24 et 25 viennent en 24a et Les principaux avantages de l'invention sont de présen- ter un ensemble léger, insensible aux vibrations et aux très du- res conditions de travail sur chantier, qui rendent aléatoire l'utilisation de mécanisme à cellule photo-électrique ou à escil- lateur. Le rayon lumineux, monochrematique, est émis par un appas reil immobile. L'engin à guider ne porte que des récepteurs pas sifs. Ce système de repérage trouve ses principales applications dans son utilisation sur les grues, les scrapers, les bulldozer3 les niveleuses et tous les engins de chantier pour le terrassement ou pour la finition dtun revêtement. Il permet d'utiliser ces engins lourds avec le maximum d'efficacité et de précision; REVENDICATIONS 1t, Dispositif de repérage optique* destiné notamment à des engins de travaux publics, comprenant une source lumineuse monos chromatique et directionnelle fournie par un bloc de type laser installé sur le chantier indépendamment de 1 engin à guider et un ensemble de conducteurs de lumière souples caractérisé en ce qu'il comporte au moins un panneau relié à l'engin et constiz tuant la cible du rayon lumineux émis par le laser, des orifices percés dans l'Spaisseur de cette cible contenant chacun une ex- trémité d*ua conducteur optique dont l'autre extrémité est dis- posée dans l'un des orifices pratiqués dans un écran solidaire de l'engin et placé devant l'opérateur, si bien que l'écran lu par l'opérateur constitue une image de la cible peur le repérage et le guidage de l'engin@ 2@ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon laser frappe la cible après avoir traversé un système me optique définissant des lentilles de divergence croissante lorsqu-ton s'éloigne du centre de la cibles cette divergence étant nulle dans la zone centrale. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices sont percés dans la cible et dans l'écran sui- vant les directions inclinées pour faciliter la convergence des conducteurs optiques composés de fibres de verre et obtenir sans courber les fibres de façon excessive, un faisceau peu encombrant de conducteurs optiques entre la cible réceptrice et 11 écran de lectures 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices de la cible sont disposés suivant les deux axes de symétrie perpendiculaires et les deux diagonales du panneau rectangulaire constituant la ci- ble. s.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que dans la zone centrale de la cible, la densité d'orifices est suffisamment grande pour que le rayon laser illumine directement au moins l'un d'eux, tandis que l'espacement entre les orifices successifs le long d'une li- gne augmente à mesure qu'on se rapproche de la périphérie de la cible 6. Dispositif suivant la revendioation 5, caractérisé en ce que l'espacement entre les orifices successifs le long d'une li; gne correspond à une loi croissante logarithmique depuis le cen- tre jusqutà la périphérie de la cible. 7. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lorsque le rayon laser de guidage frappe le centre de la cible il est vu directement au centre de l'écran de con- trôle placé devant l'opérateur. 8. Dispositif suivant les revendications 1 et 2,- caractéri- sé en ce que le système optique divergent placé devant la cible agrandit la surface d'impact du rayon laser de façon que, quel que soit le décalage de l'engin, au moins l'un des conducteurs optiques ou guides d'ondes reçoit l'impact de la source lumineuse pour le transmettre à l'écran-, si bien que le nombre de fibres optiques et l'encombrement du faisceau de conducteur entre la cible et l'écran peuvent autre låmités; 9.Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran comporte une zone centrale à vision directe, à nombre d'orifices identique à celui de la cible, la disposition de ces orifices et les dimensions de l'écran étant déduites de celles de la cible par homothétie. 10. Dispositif suivant la revendication 9. caractérisé en ce que le rapport d'homothétie entre l'écran et la cible peut va- rieur suivant la direction considérée, par exemple pour obtenir une meilleure précision dans une direction déterminée. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quel comprend un écran double alimenté par des guides d'ondes ou conducteurs de lumière',1 issus de deux cibles montées chacune à l'une des extrémités opposées par exemple d'une lame de bulldozer, cette disposition permettant d'orienter la lame de l'engin par rapport à l'horizontale ou par rapport à un plan donné parallèle à un plan de référence défini par le ou les rayons laser. 12. Dispositif suivant la revendication 11. caractérisé en ce q@@ chacune des cibles est associé un bloc laser émettant un rayon lumineux ponctuel; 13. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que-les deux cibles sont illuminées à partir d'un unique bloc laser monté pivotant suivant une direction donnée pour définir un plan lumineux de référencer.