Brevet FR2377026A1 — publié le 19780804

La présente invention concerne la mesure à distance de l'orientation d'une structure. Elle s'applique, en particulier, à la mesure de cette orientation par rapport au Nord géographique ou cartographique. L'invention s'applique à des structures quelconques et notamment à la mesure d'orientation d'un véhicule terrestre, d'une pièce ou d'une rampe d'artillerie ou d'un aérodyne. L'invention convient notamment pour le réglage d'une centrale à inertie ou d'un goniomètre d'artillerie. Selon l'invention, on réalise la mesure désirée sans visée ou lecture d'angles dans un oculaire et, éventuellement, sans liaison matérielle avec la structure. A cette fin, l'invention a pour objet un dispositif qui comporte, en combinaison - des moyens déterminant la direction de référence dans le plan de référence P - un émetteur orientable apte à émettre un faisceau de lumière visible ou invisible dans un plan qui peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire au plan de référence P. - un premier détecteur apte à mesurer dans le plan de référence P l'angle dont le plan contenant le faisceau précité a pivoté à partir d'une référence B qui fait elle-même un angle connu avec direction de référence principale A contenue elle aussi dans le plan de référence visé ci-dessus. - un deuxième détecteur apte à mesurer l'angle compris entre les références A et B. - un répondeur solidaire de la structure et qui comprend un élément apte à pivoter autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement du plan du faisceau de l'émetteur, ledit élément étant apte à rayonner par émission ou par réflexion un faisceau optique visible ou invisible dans une direction liée univoquement à l'orientation de l'élément pivotant. - un troisième détecteur incorporé au répondeur et apte à mesurer l'angle dont a pivoté l'élément précité à partir d'une direction de référence C liée à la structure, et situé dans un plan de référence P' confondu avec (ou parallèle) plan de référence P lié à l'émetteur orientable. - un rétro-réflecteur actif ou passif incorporé au répondeur pour renvoyer en direction de l'émetteur orientable un faisceau indiquant que le faisceau dudit émetteur atteint le répondeur - un écartomètre de zéro solidaire de l'émetteur orientable pour vérifier la réception correcte du rayonnement de l'élément pivotant associé au répondeur. - un calculateur relié aux trois détecteurs pour recevoir les informations d'angles des détecteurs et calculer la mesure cherchée à partir de ces informations à savoir l'angle du dièdre formé par deux plans perpendiculaires aux plans de référence P,P', et contenant l'un les directions de référence A ou B, et l'autre la référence C. Lorsque le plan de référence P est un plan horizontal les moyens déterminant la direction de référence A dans le plan de référence sont, par exemple, une ligne tracée sur une borne liée au sol ou un repère géodésique à l'horizon. Ces moyens peuvent être également un dispositif apte à déterminer la direction du Nord géographique ou cartographique, dispositif que l'on connais par exemple sous la dénomination de "chercheur de Nord". Dans ce cas la direction de référence A est le Nord et la direction de référence B est liée au bottier dudit chercheur de Nord. Des exemples d'un tel dispositif sont décrits dans les brevets français 1.552.879 et 71 22815, les brevets GB 1.224.992 et 1.400.488 et le brevet USA 3806913. Le pivotement de l'émetteur pour l'orienter vers le répondeur est normalement obtenu manuellement ou par l'intermédiaire d'un moteur, l'opérateur se trouvant à l'endroit de l'émetteur, tandis que le pivotement de l'élément du répondeur est normalement commandé à distance par l'opérateur également (par exemple sous l'action d'un moteur télécommandable). I1 peut se faire aussi automatiquement si l'élément pivotant du répondeur est muni d'un asservissement de la position de cet élément sur le faisceau rayonné par l'émetteur orientable. On décrira ci-après un dispositif conforme à l'invention, en référence au dessin annexé, la description et le dessin faisant apparattre d'autres particularités de l'invention. Sur le dessin - la figure 1 est une perspective schématique du dispositif et, - la figure 2 est un chéma donnant le principe de l'orientation au moyen du dispositif. Le dispositif comprend essentiellement deux ensembles distincts, àsavoir un premier ensemble normalement à proximité de l'opérateur et un second ensemble incorporé à la structure dont l'opérateur veut mesurer l'orientation. Lbasemble normalement à proximité de l'opérateur comprend un chercheur de Nord 1 sur lequel est monté un projecteur optique 2 auquel est associé un écartomètre optique de zéro 3 et un calculateur 4. Le chercheur de Nord 1 comprend un trépied 5 ou tout autre support sur lequel est calé le bottier 6.du chercheur de Nord au moyen d'un ensemble de vis 7. L'axe 8 de pivotement du projecteur 2 est vertical lorsque le bottier est convenablement calé grâce aux vis 7. Sur le bottier 6 est montée, par l'intermédiaire d'un codeur angulaire 9, une tourelle porte-équipement 10, le codeur et la tourelle étant axés sur l'axe 8. L'ensemble constitué par l'émetteur 2 et l'écartomètre 3 est monté sur la tourelle de façon à pouvoir tourner avec la tourelle autour de l'axe vertical 8 et à pouvoir être basculé dans un plan vertical vers le haut ou vers le bas pour achever en tant que de besoin l'orientation de l'émetteur vers le répondeur. Le codeur angulaire 9 de préférence numérique, est relié au calculateur 4 par un conducteur souple 11 de sorte que l'information d'angle de ce codeur soit fournie au calculateur 4. Le chercheur de Nord est un dispositif qui fournit également une information angulaire de préférence numérique, à savoir l'angle existant entre la direction du Nord géographique pris alors comme référence principale A et une référence fixée au boîtier de l'appareil (référence B) par exemple un repère tracé sur le bottier ou le zéro du codeur angulaire 9. Cette information angulaire issue du chercheur de Nord est fournie au calculateur 4 par une liaison que l'on a supposé contenue dans la liaison 11. L'émetteur 2 est, par exemple, un laser éméttant un faisceau 12 très étroit dans un plan parallèle au plan de référence P et relativement ouvert dans un autre plan perpendiculaire au premier. A titre indicatif ce faisceau a une ouverture infé rieure à 1' dans le plan de référence et une ouverture de 15 à 400 dans le plan contenant le faisceau qui lui est perpendiculaire. L'écartomètre optique a, de préférence, une précision angulaire meilleure que la 1' et est réalisé par exemple à partir d'une diode à deux ou quatre quadrants. Moyennant certaines dispositions connues de l'opticien, on peut confondre les axes optiques du projecteur 2 et de l'écartomètre 3 afin d'éviter les erreurs de parallaxe, si l'axe optique de l'écartomètre est déporté latéralement par rapport au plan du faisceau de l'émetteur 2. L'ensemble incorporé à la structure ou répondeur comprend un support rigide 14 qui est rapporté dans la structure de façon à en être solidaire et qui contient un bâti oscillant 15 suspendu dans le support 14 par un système à la cardan à 2 degrés de liberté dont on a représenté les axes 16, 17. Ce bati comporte une partie 18 en forme de C sur laquelle se trouve un rétro réflecteur 19 et au-dessous de laquelle se trouve un dispositif 20 connu en soi destiné à amortir ses mouvements. Le rétro-réflecteur 19 est destiné à renvoyer strement à l'émetteur 2 un faisceau indiquant que le faisceau dudit émetteur 2 atteint bien le répondeur et, en particulier, le rétro-réflecteur et le miroir 22 cité ci-après. De préférence, on utilise comme rétro-réflecteur un catadioptre passif (triède trirectangle réfléchissant) mais on peut, en variante, utiliser un système plus éleboré à savoir, par exemple, un système acitf composé d'un détecteur photosensible commandant par l'intermédiaire d'un relais une balise lumineuse active. La partie 18 en forme de C supporte le stator 21 d'un moteur télécommandable dont le rotor d'axe 23 entratne en rotation un miroir 22 monté à rotation dans le C autour dudit axe 23. Le miroir 22 peut entre plan ou en forme, ouencore être avantageusement un dièdre réfléchissant d'ouverture 900 et d'arête perpendiculaire à l'axe 23. La suspension à la cardan du bâti 15 a uniquement pour but de permettre de maintenir l'axe 23 parallèle à l'axe 8 autour duquel pivote l'émetteur 2. Lorsque l'axe 8 est vertical le bâti est réalisé comme une pendule et situé alors l'axe 23 verticalement également. Le C supporte également le stator d'un codeur angulaire 24 dont le rotor d'axe 23 également tourne avec le rotor du moteur 21. Le rotor du codeur 24 est destiné à détecter l'angle dont tourne le miroir 22 à partir d'une position de départ définie par une direction située dans le plan de référence P', liée à la structure S, structure dont on veut mesurer l'orientation. Cette position de départ est, par exemple, une position telle que le miroir s'il est plan se trouve perpendiculaire à la direction C liée à la structure. Le codeur 24 est également relié par une liaison souple 25 au calculateur 4. Le fonctionnement du moteur 21 est commandé par l'o- pération grâce à une liaison avec ou sans fil, ou asservi à un détecteur goniométrique optique associé au miroir 22. Le dispositif est utilisé de la façon suivante, en référence aux figures 1 et 2. Sur la figure 2 supposée représenter un plan horizontal on voit la direction ON du Nord (référence A) déterminée au moyen du chercheur de Nord, la direction B = OB qui constitue la référence liée au boîtier du chercheur de Nord et de la direction qui est la direction C e référence liée à la structure S, direction dont on veut mesurer l'orientation par rapport à la référence A (Nord). 1) L'opérateur procède à une recherche du Nord, dont le résultat est la mesure a de l'angle horizontal compris entre la référence B = OB du bottier 6 du chercheur de Nord convenablement horizontalisé et la référence A, généralement le Nord Géographique ON. L'addition à cet angle d'un angle &alpha; connu sous le nom de convergence des méridiens, dans le calculateur 4, est évidente pour l'homme de métier, par exemple sous forme numérique grâce à des roues codeuses. Si, effectivement, on ajoute cette constante locale au résultat de la recherche de Nord, la mesure délivrée par le chercheur de Nord donne alors l'angle compris entre la référence B du bottier 1 et le Nord de la carte (Nord grille). La mesure "a" est transmise au calculateur. 2) L'opérateur déplace la tourelle 10 en rotation autour de l'axe 8 jusqu'à ce que le rétro-réflecteur 19 lui in dique que la lumière émise par le projecteur atteint ledit rétroréflecteur 25 et, donc le bâti oscillant portant le miroir 22. Le codeur angulaire 9 envoie alors au calculateur 4 la mesure de l'angle b comprise entre la projection horizontale 0 O' de la direction du faisceau de lumière projetée par le projecteur 8 d'une part et la référence OB du boîtier 1 d'autre part. La usure "b" est transmise au calculateur. 3) L'opérateur agit électriquement à distance sur le moteur 21 pour téléorienter le miroir 22 jusqu'à ce qu'il soit en position de réfléchir directionnellement le faisceau de la lumière qu'il reçoit du protecteur 2 vers 1' écartomètre 3. Cette coendidence d'axe ou de plan est constatée par exemple par un signal émis par ledit écartomètre vers trois voyants 25, situés sur le boitier du calculateur ou grâce à un indicateur gauche droite à aiguille. Afin déviter le brouillage de l'écartomètre 3 par le rétroréflecteur 19, on peut utilement utiliser des filtres coloresrou ou es polarisations croisées. Le câble de liaison 27 entre le moteur 22 et un bouton de commande 30 à la disposition de l'opérateur, peut être remplacé commodément pour l'emploi mais au prix d'une complexité technique plus grande par des signaux transmis par modulation de la lumière émise par le projecteur 2 et le rétroréflecteur 19 en version active. Après finition de l'opération précédente, le codeur angulaire 24 délivre au calculateur 4 l'angle horizontal c entre la direction 00' de la lumière reçue du projecteur 9 et la référence C de la structure S. Le calculateur 4, procédant par addition ou soustraction indiquées, délivre à un afficheur 29 l'angle d de la structure S par rapport au Nord choisi d = ON,C = a + b - c d = ONt,C= a' + b - c Au cas où un automatisme plus poussé du procédé est recherché, on peut doter la partie de l'équipement proposé lié à la structure S de son propre asservissement de position sur le faisceau lumineux émis par le projecteur 2 après exécution de l'opération 2 ci-dessus. Cet automatisme entre en fonction sur commande de l'opérateur à partir par exemple du bottier du calculateur 4. Pour réaliser cette automatisation de l'étape "3" du processus de mesure on dispose, sur le bord du miroir 22, une diode à 4 ou 2 quadrants précédés d'une optique adéquate, l'axe optique du quadrant de diode contenant-i'axe 23 étant perpendiculaire au plan miroir. Les signaux d'écart délivrés par l'écartomètre optique ainsi constitué agissent, après amplification, sur le moteur 21, de telle sorte que ce moteur s'arrête lorsque l'axe optique de ltécartomètre précité est dans le plan du faisceau lumineux émis par l'émetteur 2. Cet automatisme permet en principe de supprimer ltécartomètre 3 lié au projecteur 2, sauf à conser- verspar sécurité ledit écartomètre 3. Le dispositif de l'invention peut donner lieu à des variantes qui nten altèrent pas sa nature fondamentale, notamment en faisant intervenir dans le calculateur des signaux provenant d'autres codeurs angulaires disposés notamment et à titre d'exemple, sur un appareil de navigation-ou d'observation lié à la structure S (conservateur de cap gyroscopique, centrale de navigation, goniomètre optique, télémètre laser orientable, etc...). REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour mesurer à distance l'orientation d'une structure, notamment un conservateur de cap gyroscopique, um centrale à inertie ou un goniomètre d'artillerie, par rapport à une direction de référence principale contenue dans un plan de référence, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison - Un émetteur orientable apte à émettre un faisceau de lumière visible ou invisible dans un plan qui peut pivoter autour d'un axe perpendiculaire au plan de référence. - Un premier détecteur apte à mesurer l'angle dont le plan du faisceau a pivoté à partir d'une direction de référence auxiliaire contenue dans le plan de référence. - Un deuxième détecteur déterminant dans le plan de référence la direction de la référence auxiliaire par rapport à une direction de référence principal. - Un répondeur solidaire de la structure et qui comprend un élément apte à pivoter autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement du plan du faisceau de l'émetteur, ledit élément étant apte à rayonner par émission ou par réflexion un faisceau optique visible ou invisible dans une direction liée univoquement à l'orientation de l'élément. - Un troisième détecteur incorporé au répondeur et apte à mesurer l'angle dont a pivoté ledit élément à partir d'une position de départ déterminée par rapport à la structure ; - Un rétro-réflecteur actif ou passif incorporé au répondeur pourrenvoyer en direction de l'émetteur un faisceau indiquant que le faisceau de l'émetteur atteint le répondeur et 1' élément rayonnant. - Un écartomètre de zéro solidaire de l'émetteur pour vérifier la réception correcte du rayonnement émis par ledit élément du répondeur - un calculateur relié aux trois détecteurs pour recevoir les informations d'angle des détecteurs et calculer la mesure cherchée a' partir de ces informations. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le répondeur comprend un moteur télécommandable pour faire pivoter ledit élément. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que ledit élément est un miroir plan ou autre miroir. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit répondeur comporte un bâti suspendu dans le répondeur par un système à la cardan à deux degrés de liberté, de telle sorte que l'axe de pivotement dudit élément puisse être rendu parallèle à l'axe de pivotement du plan du faisceau de l'émetteur. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pivotement de l'élément se fait sous l'action d'un moteur dont le stator est fixé au bâti et dont le rotor est lié à l'élément. 6 - Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le rétroréflecteur est fixé au répondeur ou au bâti. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précé (lentes, caractérisé en ce que le second et le troisième détecteurs comprenant chacun un codeur analogique ou numérique dont le rotor pivote avec le plan du faisceau ou respectivement avec ledit élément. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second détecteur déterminant la direction de référence principale est un chercheur de Nord. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un asservissement de la position dudit élément sur le rayonnement de l'émetteur. 10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit plan se référence est un plan horizontal. 11 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la direction de référence principale est le Nord géographique ou le Nord local de la carte (Nord grille).