Brevet FR2381359A1 — publié le 19780915

L'invention concerne un procédé de lecture automatique d'une information graphique par exploration optique du support de cette information graphique. Ce procédé permet principalement de suivre une courbe, au moyen d'un organe lecteur automatique et de relever simultanément les coordonnées de points successifs de cette courbe repérées par rapport à un système d'axes déterminé, réalisant ainsi une saisie numérique et automatique de la courbe, en vue d'un traitement ultérieur, par exemple au moyen d'un ordinateur. L'invention concerne également un appareil permettant notamment d'exécuter le procédé défini ci-dessus. Il arrive fréquemment que dans un laboratoire de recherche ou dans l'industrie, le résultat expérimental d'un processus physique ou chimique, se traduise par une courbe obtenue sur une table traçante branchée à la sortie d'un dispositif d'analyse. Il est difficile,à priori de déterminer si cette courbe correspond à une fonction mathématique utilisable, sauf cas très par ticulier. Ceci pose un problème lorsque la courbe en question ntest en fait qu'un résultat intermédiaire qu'il est nécessaire de reprendre et de traiter avant d'arriver au résultat d'expérience recherché . On se trouve alors devant une courbe, c'està-dire un ensemble de couples de valeurs qu'on ne peut pas utiliser facilement puisqu'on en ignore la loi mathématique de progression.Depuis quelques temps, la puissance de calcul des ordinateurs et les développements de l'analyse numérique permettent de traiter le résultat intermédiaire symbolisé par une telle courbe et de l'intégrer tel quel dans un ensemble plus général de calculs,où la courbe traitée point par point ne représente qu'un paramètre parmi d'autres dans l'ensemble des calculs. Le problème devient alors celui de la reprise de l'infor- mation graphique, c'est-à-dire en fait sa traduction matricielle sous forme d'un ensemble de couples de valeurs qu'il faut bien relever d'une manière ou d'une autre à partir de la courbe ellemême, avant de l'introduire dans la mémoire du système informatique. Pour le type d'application défini ci-dessus, on en est souvent réduit à demander à un opérateur de relever point par point les coordonnées de la courbe, avant d'adresser l'ensemble de ces valeurs au système informatique, avec tous les risques d'erreurs, à la lecture comme au codage, que cela implique. L'invention a pour but d'éliminer cet inconvénient. Son principe essentiel est fondé sur la détection du graphisme lui-même par moyen optique, ce qui rend possible un travail de traitement entièrement automatique à la fois plus rapide, plus précis et plus fiable que la solution antérieure mentionnée ci-dessus. Plus précisément, l'invention concerne donc un procédé de lecture d'une information graphique, telle que par exemple une courbe, inscrite sur une surface de référence, de préférence un plan/ et repérée par les projections des points de ladite information suivant deux axes de coordonnées de préférence orthonormés, de ladite surface, caractérisé en ce qu'il consiste - à déplacer suivant un mouvement connu le support-d'au mois une partie mobile d'un système de lecture optique, parallèlement à l'un des deux axes de coordonnéprécités ; ledit support ayant lui-meme un chemin de guidage parallèle à l'autre axe de coordonnée, et - à asservir la position de ladite partie mobile le long dudit chemin de guidage à un niveau de réception extrêmum dudit système de lecture optique, représentatif de la position de ladite information graphique. Bien entendu, une fois que l'asservissement précité est ainsi positionréavec le système de lecture optique en regard d' un point de l'information graphique, on relève les coordonnées correspondantes de la position de la partie mobile précitée, par rapport aux deux axes précités, et on peut mémoriser ces coordonnées dans un système informatique. L'invention concerne également un appareil de lecture autov matique d'une information graphique, telle que par exemple une courbe repérée par deux axes de coordonnées de préférence orthonormés, caractérisé en ce qu'il.comprend en combinaison - une surface de-référence, telle que par exemple le plan d'une table de lecture, portant ladite information graphique, et sur laquelle sont définis lesdits deux axes de coordonnées - un support de balayage monté mobile parallèlement à ladite surface de référence suivant une direction parallèle à l'un des deux axes précités et suivant un mouvement prédéterminé, ledit support de balayage comportant un chemin de guidage ou analogue, parallèle à l'autre axe, - un système de lecture optique comportant une partie mobile liée à un support assujetti à se déplacer le long dudit chemin de guidage, et - une channe d'asservissement de position dont l'organe asservi est un moyen de déplacement dudit support de ladite partie mobile et dont un capteur de commande fait partie dudit système de lecture optique ; l'équilibre de ladite channe d'asservissement étant réglé pour un niveau de réception extrêmum dudit capteur de commande. Bien entendu, cet appareil peut être utilement complété par un moyen de mesure de la position dudit support de ladite partie mobile d'une part et par un moyen de mesure de la position dudit support de balayage d'autre part. Une réalisation simple d' un tel moyen de mesure sera par exemple constituée par un potentiomètre alimenté en courant continu et commandé en rotation de telle façon que la tension récupérée sur le curseur de ce potentiomètre soit représentative de la position du support correspondant. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lecture de la description explicative qui va suivre d'un procédé et d'un ap 'pareillage conformes au principe de l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin non limitatif annexé dans lequel - la figure 1 représente très schématiquement un appareil de lecture selon l'invention - la figure 2 représente la structure interne d'un crayon de lecture optique utilisable dans 'l'appareil représenté sur la figure 1 ; et - les figures 3 et 4 représentent deux phases opératoires particulières d'un procédé selon l'invention. Selon les figures 1 et 2, un mode de réalisation d'un appareil de lecture automatique selon l'invention peut se composer d'une table de lecture 11 dont le plan d'utilisation 12 constitue la surface de référence de l'appareil. Sur cette der nombre, on peut positionner une information graphique (ici une courbe C) dont on désire avoir le relevé point par point des coordonnées. Sur cette table de lecture 11, se trouvent définis (mais non obligatoirement matérialisés) deux axes de coordonnéed OX et OY, orthonormés. En outre, la table de lecture 11 comporte un support de balayage 13 présentant ici la forme d'une règle mobile adaptée pour se déplacer parallèlement au plan d'utilisation 12 et suivant une direction parallèle à l'axe OX. Technologiquement, le montage de ce support de balayage est à la portée de l'homme du métier.On peut par exemple prévoir un ou deux chemins de balayage 14 (matérialisés par des tiges, des rainures, etc ...) le long desquels le support 13 est maintenu, guidé et déplacé par l'intermédiaire d'un petit moteur électrique, non représenté. L'appareil comporte en outre un système de lecture optique représenté ici sous la forme d'un crayon de lecture optique 16 (qui sera décrit plus loin) fixé à un support 17 assujetti à se déplacer le long du chemin de guidage 18, parallèle à l'axe OY, du support 13. Ce chemin de guidage 18 peut avoir ntimporte quelle structure technologique convenable, par exemple analogue à celle des chemins de balayage 14. La pointe 20 du crayon 16 est ainsi positionnée en regard et le plus près possible du plan d' utilisation 12, pour être bien sensibilisée aux variations de réflexion lumineusejdues à la présence éventuelle du graphisme de la courbe C en regard de la pointe 20. Selon une particularité importante de l'invention, l'appareil comporte une chaine d'asservissement 21 dont l'organe asservi est un moyen de déplacement du support 17. Cette chaine d' asservissement comporte en outre un capteur de commande 22 faisant partie intégrante du système de lecture optique, c'est-àdire logé à l'intérieur du crayon de lecturewoptique 16. La channe d'asservissement en elle-même peut connaitre un grand nombre de modes de réalisation équivalents. Elle peut comporter des circuits de correction et d'amplification, schématisés en 23 et aussi un ordinateur ou un microprocesseur 24, pour un calcul précis et rapide de la réponse de la channe d'asservissement en fonction des signaux émis par le capteur 22. L'organe asservi sera le plus souvent un petit moteur électrique 25 entraînant le support 17 le long du chemin de guidage 18.En effet, bien que le moteur 17 ait été représenté en dehors de la table 11, pour plus de clarté sur la figure 1, il est bien évident que dans la réalisation pratique, il sera monté sur le support 13 ou même le support 17 ; la liaison 26 en traits interrompus schématisant en fait un couplage mécanique entre l'axe du moteur 25 et le support 17. Suivant le type d'asservissement envisagé, le moteur 25 peut avoir une rotation régulière transmettant un mouvement uniforme au support 17. il peut s'agir au contraire d'un moteur pas à pas ou encore associé à un dispositif mécanique (système à came et Croix de Malte) réalisant une avance pas à pas. il en va de même pour le moteur d'entratnement du support de balayage 13 qui peut être conçu pour transmettre soit une avanCe uniforme soit une avance pas à pas au support de balayage 13. Le crayon de lecture optique 16, connu en soi, comporte une source lumineuse 30 (par exemple une source à infra-rouge) émettant en direction d'une petite sphère en verre 31 lugée à la pointe du crayon 16, de sorte que le rayon lumineux réfléchi par la surface 12 (figure 2) traverse à nouveau la sphère 31 et vient exciter le capteur de commande 22 constitué par une simple cellule photoélectrique ou tout autre dispositif photoconducteur ou photorésistant analogue. Ce mode de réalisation du système de lecture optique a l'avantage d'être compact (tous les éléments sont logés dans un même bottier) et fiable.Cependant, l'expres- sion "système de lecture optique" désigne toute combinaison de moyens remplissant un r81e semblable à celui du crayon 16, c'est à-dire la détection de la position du graphisme sur le plan d' utilisation 12. On peut très bien imaginer d'autres variantes et par exemple une source lumineuse éclairant le plan 12 par dessous (la courbe C étant reproduite sur un support au moins en partie transparent, tel qu'une pellicule photographique ou un papier calque) auquel cas la partie mobile du système de lecture optique ne comporterait plus qu'une simple cellule photoélectrique. Dans tous les cas, la chai ne d'asservissement 21 sera réglée pour évoluer vers un état permettant d'obtenir un niveau de réception extremum du capteur de commande 22. En outre, l'appareil comporte avantageusement un moyen de mesure de la position du support de balayage 13 par rapport à l'axe OX et un moyen de mesure de la position du support 17 le long du chemin de guidage 18, c'est-à-dire par rapport à l'axe OY. Très simplement , ces moyens de mesure peuvent être constitués par des potentiomètres P1 et P2, respectivement , dont les curseurs C; et C2 sont couplés mecaniquement aux supports respectifs 13 et 17 dont ils indiquent la position. Pour cela, les potentiomètres peuvent être alimentés en courant continu par une tension +V rigoureusement stabilisée, de sorte que les fractions de cette tension, récupérées sur les curseurs C1 et C2 soient reprets6ttAtives des positions des supports 13 et 17. Dans l'exemple représenté, les curseurs C1 et C2 sont en outre connectés à un convertisseur analogique/numérique 35 lui-meme relié à la mémoire M d'un système informatique.D'autre part, le convertisseur 35 est connecté au microprocesseur 24 par une liaison de boucle symbolisée en 36 par laquelle le microprocesseur 24 reçoit les informations de fonctionnement des moteurs données par la position des curseurs des potentlomètres P1 et P2, en comparaison avec l'information détectée par le crayon de lecture optique.Ainsi, pour un certain nombre de points de la courbe, la mémoire M pourra recevoir des couples de valeurs correspondant ~aux coordonnées des points de la courbe C au-dessus desquels le crayon 16 est temporairement situé. L'appareil décrit ci-dessus peut fonctionner de façons sensiblement différentes, notamment en fonction des variantes retenues pour sa réalisation et aussi en fonction de l'application envisagée. Le plus souvent cependant, on donnera au support 13 un mouvement connu. Par exemple, si on a choisi une avance continue, le moteur d'entraSnement du support 13 sera simplement alimenté par une tension constante. Pendant tout ce mouvement de translation du support 13, la boucle d'asservissement 21 agira pour maintenir constamment un niveau de reception extrémum dans le capteur 22, c'est-à-dire pour déplacer le support 17 de façon que la pointe 20 du crayon lecteur 16 soit toujwrs située en regard de la courbe C . Bien entendu, dans un tel type de fonctionnement, il faudra soigneusement choisir la vitesse de déplacement du support 13 et le temps de réponse de la chaine d'asservissement 21 pour que la pointe 20 ne s'éloigne jamais du graphisme de la courbe C. Si on désire stocker les coordonnées des points successifs de la courbe explorée par le crayon de lecture 16, l'ordinateur ou le microprocesseur 24 peut btre-progra pour autoriser l'inscription desdites coordonnées dans la mémoire M, à des intervalles de temps déterminés. Pour des raisons de précisions de lecture, on utilisera ce pendant de préférence unerogression pas à pas aussi bien pour le déplacement du support 13 que pour celui du support 17. En ce qui concerne le support 13, la progression pas à pas, chaque pas ayant une valeur M, (figures 3 et 4) équivaut à choisir par avance tartes les ses des abscisses des points la courbe C qui seront ins- critesen mémoire. Pour chacune de ces positions choisies, le rôle de la boucle d'asservissement consistera donc à déplacer le support 17 le long du chemin de guidage 18 et à repérer la position dudit support donnant ledit niveau de réception extrêmum. Puis, une fois relevée l'ordonnée du point de la courbe C corres pondant à cette position, il suffira de la mémoriser avant de faire progresser le support 13 d'un nouveau pas dl ; ces opérations étant répétées jusqu'à ce que ce support 13 ait balayé sensiblement tout le plan d'utilisation 12. Comme mentionné précédemment, il est aussi avantageux d'utiliser un déplacement pas à pas pour le support 17 de la partie mobile du système de lecture optique, pour peu que le -second -pas d2 défini pour ce déplacement (et aussi la surface d'impact du faisceau émis par la source lumineuse 30) soit faible par rapport à l'épaisseur de trait de la courbe C. Les figures 3 et 4 illustrent un tel procédé de positionnement automatique de la channe d'asservissement. Sur ces figures, une portion très agrandie de la courbe C est représentée (une portion-à pente positive pour la figure 3 et une portion à pente négative pour la figure 4) et certaines positions possibles de la pointe du crayon de lecture, pour une position d'abscisse donnée, sont indiquées au voisinage de la courbe C.Elles sont bien entendu espacées régulièrement d'une valeur de pas d2 et sont numérotées à partir de zéro ; le point zéro étant le point de départ de l'exploration du système de lecture optique de part et d'autre de la courbe C. En référence à la figure 3, le crayon lecteur part du point zéro et se déplace pas à pas dans la direction de la courbe C. Pour les points 2 et 3, le système de lecture enregistre un changement des conditions de réception. Lorsqu'il sort du graphisme de la courbe, au point 4, c'est-à-dire lorsque l'information graphique est dépassée, le système de lecture mesure une nouvelle transition brutale des conditions de réception et l'ordinateur ou le microprocesseur 24, piloté par cette transition brutale, repère la première position de pas après le dépassement (ctest- à-dire sur la figure 3, la position 4 d'ordonnée Ya) en même temps qu1i24nverse le sens de déplacement du support 17. Ce dernier repasse donc par les positions 3 et 2, avant de mesurer une nouvelle transition brutale de niveau de réception (de la position 2 à la position 1).Alors, le microprocesseur 24 piloté par cette nouvelle transition, qui a les mêmes caractéristiques que la première transition citée, repère la première position de pas après ce nouveau dépassement, clest-à-dire la position 1 d'ordonnée Yb. Le microprocesseur 24 effectue alors la demi-somme algébrique des deux ordonnées a et Yb (car les axes sont ortho- normés) et le résultat est adressé à la mémoire M. La figure 4 illustre le déroulement du même processus lorsque la pente de la courbe C est négative. On voit qu'on part alors de l'autre coté par rapport à la courbe C. En effet, le positionnement initial du crayon lecteur 16 a son importance pour le bon déroulement du processus. Pour minimiser le temps d'exploration de la courbe, il est intéressant que l'ordonnée Yb soit cèlle du point de départ suivant, lorsqu'à la fin de la détermination de coordonnée d'un point déterminé, le support de balayage se déplace d'une distance d1. il faut donc que ce nouveau point de départ d'ordonnée Yb soit situé en dehors de la courbe C; ce qui r sera le cas que si la courbe C a une pente positive lorsque le sens de déplacement initial estcelui de la flèche F1 et si la courbe C a une pente négative lorsque le sens de déplacement initial est celui de la flèche F2. Pour tenir compte de cet impératif, le microprocesseur 24 peut être programmé pour déterminer la direction de déplacement initial du support 17 vers la courbe C, en fonction du signe de la pente de la courbe, au voisinage du point considéré ; ce signe étant déterminé à partir des coordonnées des points précédents de la courbe C. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au dispositif de lecture et au procédé de lecture qui ont été définis ci-dessus. De nombreuses variantes ont été indiquées uniquement à titre d'exemple et beaucoup d'autres peuvent être imaginées sans sortir du cadre de 11 invention. C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeux si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de lecture d'une information graphique, telle que par exemple une courbe, inscrite sur une surface de référence, de préférence un plan, et repérée par les projections des points de ladite information suivant deux axes de coordonnées,de préférence orthonormés, de ladite surface, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste : à déplacer suivant un mouvement connu le support d'au moins une partie mobile d'un système de lecture optique, parallèlement à l'un des deux axes de coordonnées précités ; ledit support ayant lui-même un chemin de guidage parallèle à l'autre axe de coordonnée, et - à asservir la position de ladite partie mobile le long dudit chemin de guidage à un niveau de réception extrêmum dudit système de lecture optique, représentatif de la position de ladite information graphique. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il consiste, pour un certain nombre de positions choisies dudit support correspondant respectivement à l'une des coordonnées d' un certain nombre de points de ladite information graphique, à repérer la position de ladite partie mobile donnant ledit niveau de réception extrêmum et correspondant respectivement à l'autre coordonnée de ces mêmes points de ladite information graphique, à relever les coordonnées correspondantes de ladite position de ladite partie mobile par rapport aux deux axes précités, et à mémoriser lesdites coordonnées. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on déplace pas à pas, d'un premier pas, ledit support suivant une direction, de façon à lui faire balayer sensiblement toute la surface de référence précitée, ledit premier pas ayant une valeur de préférence constante prédéterminée et chaque position stabilisée du parcours dudit support constituant une position choisie précitée. 4.- Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, pour chaque position choisie précitée on déplace pas à pas, d'un second pas, ladite partie mobile le long dudit support, au moins au voisinage de ladite information graphique, ledit second pas étant de préférence faible par rapport à l'épaisseur de trait de ladite information graphique. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour chaque position choisie précitée correspondant à l'une des coordonnées d'un point de ladite information graphique, on place ladite partie mobile à proximité de ladite information graphique, qu'on déplace, audit second pas, ladite partie mobile en direction de ladite information graphique, qu'on dépasse ladite information graphique en mesurant la transition de niveau de réception correspondante, qu'on repère la première position de pas de ladite partie mobile après ce dépassement, qu'on déplace à nouveau, dans l'autre sens et audit second pas, ladite partie mobile jusqu'à dépasser à nouveau ladite information graphique en mesurant la transition de niveau de réception correspondante, qu'on repère la première position de pas de ladite partie mobile après ce nouveau dépassement et qu'on détermine l'autre coordonnée dudit point de ladite information graphique à partir des deux positions de pas ainsi repérées. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, les deux axes précités étant orthonormés, on détermine l'autre coordonnée précitée dudit point de ladite information graphique en calculant la demi somme algébrique des projections desdites deux positions de pas repérées, sur l'axe correspondant. 7.- Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que pour chaque position choisie précitée, on détermine la direction de déplacement initial de ladite partie mobile vers ladite information graphique en fonction du signe de la pente de ladite information graphique au voisinage de ladite position choisie, déterminé à partir des coordonnées des points précédents de ladite information graphique. 8.- Appareil de lecture automatique d'une information graphique telle que par exemple une courbe, repérée par deux axes de coordonnées,de préférence orthonormés, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - une surface de référence telle que par exemple le plan d' une table de lecture, portant ladite information graphique et sur laquelle sont définis lesdits deux axes de coordonnées. - un support de balayage-monté mobile parallèlement à ladite surface de référence suivant une direction parallèle à l'un des deux axes précités et suivant un mouvement prédéterminé ledit support de balayage comportant un chemin de guidage ou analogue, parallèle à l'autre axe, - un système de lecture optique comportant une partie mobile liée à un support assujetti à se déplacer le long dudit chemin de guidage, et - une chaine d'asservissement de position dont l'organe asservi est un moyen de déplacement dudit support de ladite partie mobile et dont uncapteur de commande fait partie dudit système de lecture optique ; l'équilibre de ladite channe d'asservissement étant réglé pour un niveau de réception extrêmum dudit capteur de commande. 9.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit capteur de commande est logé dans ladite partie mobile dudit système de lecture optique. 10.- Appareil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit système de lecture optique est constitué par un crayon de lecture optique, connu en soi, monté sur ledit support assujetti à se déplacer le long dudit chemin de guidage et positionné de sorte que sa pointe de lecture soit disposée en regard de ladite surface de référence. Il.- Appareil selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ledit support de balayage est entrainé au moyen d'un moteur électrique alimenté sous tension constante, lui donnant un mouvement uniforme. 12.- Appareil selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ledit support de balayge et/ou ledit support de ladite partie mobile sont entrainés au moyen de moteurs pas à pas respectifs. 13.- Appareil selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'un ordinateur ou un microprocesseur est inséré dans la chaine d'asservissement, pour en calculer la réponse aux signaux émis par ledit système de lecture optique. 14.- Appareil selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure de la position dudit support de balayage par rapport à l'axe parallèle à sa direction de déplacement et un moyen de mesure de la position dudit support de ladite partie mobile le long dudit chemin de guidage. 15.- Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'au moins l'un des moyens de mesure précités comprend un potentiomètre alimenté en courant continu ; la tension récupérée sur le curseur dudit potentiomètre étant représentative de la position du support correspondant. 16.- Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les deux moyens de mesure précités sont reliés à la. mémoire d'un système informatique, par exemple par l'intermédiaire d'un dispositif de conversion analogique/numérique; pour le stockage point par point des coordonnées de la courbe.