Brevet FR2385083A1 — publié le 19781020

La présente invention, due à MM. Bernard TURLIER et Gérard BOCQUEHO, est relative b une caméra stdrdoscopique de mesures pour effectuer, par visées point par point, des mesures de grandeurs qdomdtriques, notamment des mesures de coordonnCes, sur un objet. L'invention a pour but, surtout, de rendre cette caméra telle qu'elle permette de répondre mieux que jusqu' présent aux diverses exigences de la pratique et notamment telle qu'elle permette de réaliser les mesures dans de meilleures conditions, avec une mise au point précise. Selon l'invention, la camdra stéréoscopique de mesures est caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux voies optiques propres b regarder un point visé de l'objet selon deux axes différents et un dispositif détecteur propre b recevoir les deux images du m4me point fournies par les deux voies optiques, ce dispositif détecteur étant relié à un dispositif restituteur, l'ensemble étant tel que la mise au point est obtenue X l'aide de moyens de déplacement de la caméra suivant une bissectrice des axes des deux voies optiques d'observation de manière à assurer le recouvrement des deux images. Le dispositif détecteur comprend avantageusement une caméra de télévision sur le tube de laquelle sont formées les deux images du point visé, ladite caméra étant reliée 9 un mon il teur à balayage pour. la restitution de l'image sur ce moniteur on peut avantageusement introduire un grandissement électronique entre le détecteur de la caméra et le restituteur. Chaque voie optique comprend un premier miroir incliné sur l'axe du détecteur, un second miroir propre b diriger les rayons issus du point visé, et réfléchis par le premier miroir, vers le détecteur, et un système optique comprenant au moins une lentille, par exemple situé entre le second miroir et le ddtecteur, pour former l'image du point vise sur le détecteur ; avantageusement, les deux voies sont symétriques l'une de l'autre. Les miroirs, les systèmes optiques et le détecteur ont des positions relatives fixes et forment un ensemble qui peut entre déplacé, en bloc, par rapport h l'objet et au point visé. La mise au point peut entre assurée visuellement par observation de l'écran du moniteur et par déplacement du dispositif optique jusqu'S obtention du recouvrement des deux images. Selon une variante, cette mise au point peut être assurée électroniquement par mesure de la distance entre les deux fronts de montée d'un signal dédoublé correspondant aux deux images du détail visé et par comparaison avec une distance étalon. Le repérage des deux autres coordonnées, dans un plan perpendiculaire h la bissectrice des voies optiques, est obtenu par centrage de l'image du point visé sur le détecteur, dans le plan de celui-ci. La caméra peut entre portée par un coordinatographe permettant les déplacements suivant trois directions d'un trièdre de référence. Une application particulierement intéressante de la caméra stéréoscopique de l'invention concerne les pointés et mesures effectués sur une image holographique d'un objet. On sait que l'observation d'une image holographique est gênée par un phénombne appelé "speckle" dont le résultat est une "granularité" conduisant à une perte de résolution. Ce phénomène entache l'image (qui sert alors d'objet sur lequel sont effectuées les visées) et empêche une mise au point précise. Ce phénomène est d'autant plus gênant que le grossissemçnt des moyens optiques, utilisés pour l'observation, est important. Avec le dispositif de l'invention, dans le cas où le détecteur comprend une caméra de télévision reliée à un moniteur de télévision, on prévoit un système optique, formant l'image sur la caméra de télévision, de grandissement faible, notamment afin d'éviter un phénomène de "speckle" important, ce grossissement pouvant être de l'ordre de deux ; et on prévoit des moyens pour assurer un grandissement électronique supplémentaire entre la caméra et le moniteur de télévision, ce grandissement pouvant être de l'ordre de quinze à vingt (15 à 20), et supérieur au grandissement optique. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question dans la description d'un mode de réalisation particulier, donnée avec référence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement limitative. La figure unique, du dessin, est un schéma d'un dispositif selon l'invention. En se reportant à ce dessin, on peut voir une caméra stéréoscopique 1 pour effectuer, par visées, des mesures de grandeurs géométriques, notamment des mesures de coordonnées, sur un objet 2. La caméra comprend deux voies optiques A, B propres à regarder un point visé 6 ou une zone, de l'objet selon deux axes différents va, Vb, qui forment entre eux un angle . Un dispositif détecteur 3 est propre à recevoir les deux images dumeme point d fournies par les deux voies optiques A, B. Ce détecteur 3 est constitué par une caméra de télévision (caméra vidicon) sans objectif, sur le tube 4 de laquelle on vient former les deux images du point d. L'analyse du tube 4 est faite par l'ensemble électronique de la caméra et l'image est restituée sur un moniteur 5 à balayage (écran de télévision et ensemble électronique associé pour la restitution d'une image) relié à la caméra par un câble. Les deux voies optiques A, B, sont symétriques par rapport à un axe C passant par le centre de la partie sensible du tube 4 et perpendiculaire au plan moyen de ce tube. Cet axe C passe par le point d visé. La voie A comporte un premiermiroirpian Ma ou dispositif optique équivalent, propre à envoyer les rayons issus du point d en direction d'un second miroir plan M'a (ou équivalent) qui réfléchit les rayons en direction du tube 4. Un système optique Oa comprenant au moins une lentille, sert d'objectif et est destiné à former l'image du point d sur le tube 4. La voie B comporte des éléments semblables désignés par les mêmes lettres affectées de l'indice b. Liobjectif Ob a mdme focale que l'ob jectif Oa. Les objectifs Oa et Ob travaillent sous un grandissement faible, par exemple un grandissement égal à deux. Un grandissement électronique est introduit entre le tube 3 et le moniteur 5 par un ensemble électronique 6. La caméra 1 est montée sur des moyens 7 permettant d'assurer le déplacement suivant la bissectrice des deux voies A, B ; cette bissectrice est confondue avec l'axe C passant par le centre du tube et par le point d. Les moyens 7 peuvent etre constitués par un plateau sur lequel est fixée la caméra 1, les déplacements de ce plateau suivant l'axe C étant assurés par un dispositif de précision tel qu'une vis micrométrique 8. Des moyens, non représentés, sont également prévus pour permettre de déplacer, avec précision, le plateau 7 et la caméra suivant deux autres directions, notamment perpendiculaires, situées dans un plan autre que celui des voies A, B, notamment un plan orthogonal à l'axe C. L'ensemble de ces moyens et du plateau 7 peut être constitué par un coordinatographe permettant le déplacement suivant trois directions d'un trièdre trirectangle. Ce trièdre a été schématisé sur la partie droite du dessin par trois axes, respectivement : Oz parallèle à l'axe C ; Ox perpendiculaire à l'axe C et situé dans le plan du dessin ; Oy perpendiculaire au plan du dessin et au plan zOx. Les axes des deux faisceaux tombant sur le tube 4, et correspondant aux deux voies de la caméra, forment un angle L'utilisation de la caméra de mesure s'effectue de la manière suivante. On assure tout d'abord le centrage du détail d visé par rapport au tube 4. Ce détail d peut être constitué par un détail contrasté tel qu'un repère ou une croix gravé sur ltob- jet 2 une arête de Objet, ou des successions de franges lumineuses et/ou sombres projetées sur robjet. Le centrage du détail par rapport au tube 4 est réalisé en effectuant deux translations de l'ensemble de la caméra 1 selon les axes Ox et Oy situés dans un plan perpendiculaire à l'axe C de visée, ou selon deux autres axes du plan xoy. Le centrage est obtenu lorsque les deux images du détail d sont symétriques par rapport au centre du tube 4. Les valeurs des translations de l'ensemble de la caméra qu'il a fallu effectuer pour assurer ce centrage sont notées ; elles correspondent aux coordonnées x, , a une constante près, du point d visé. Lorsque ce point visé d est décalé suivant l'axe C (axe Oz) cest-h-dire en profondeur par rapport au point de convergence des deux voies va, Vb, deux images du point d apparaissent dédoublées symétriquement suivant l'axe Ox, dans la zone centrale du tube 4 et du moniteur 5. Ces images sont, en outre, légèrement floues. La mise au point est réalisée par translation de l'en- semble de la caméra 1 selon l'axe C (axe Oz) jusqu' ce que les deux images soient confondues. Lorsque cette mise au point est assurée, on note (ou on fait enregistrer automatiquement) la valeur du déplacement de la caméra qui correspond, à une constante près, à la coordonnée suivant la direction Oz du point visé de l'objet. Dans la pratique, on effectue d'abord un réglage grossier de manière à amener le détail visé dans le champ du tube 4 ; par un réglage plus fin, on amène ce détail au centre de l'écran du moniteur 5 par translation suivant Ox et Oy de façon à placer ce détail dans la zone rectangulaire de vision nette on fait la mise au point suivant l'axe Oz et on réajuste le réglage fin suivant les axes Ox et Oy. La mise au point sur un détail peut se faire visuel le ment par observation directe, sur l'écran du moniteur 5, des images données par chacune des voies optiques ; on réalise la mise au point par recouvrement des deux images. Cette mise au point peut également être effectuée électroniquement,- par mesure de la distance entre les deux fronts de montée d'un signal dédoublé obtenu par balayage de l'écran et correspondant aux deux images du détail visé. Cette distance est comparée à une distance étalon. Il est possible de déduire, à partir de la distance déterminée entre les deux images obtenues sur le tube 4, le déplacement suivant l'axe Oz qu'il faudrait faire effectuer b la caméra 1 pour assurer la mise au point ; il n'est plus nécessaire, alors, d'effectuer ce déplacement pour réaliser la mise au point puisqu'on peut directement déterminer la coordonnée du point visé, suivant la direction Oz, à partir de l'écart entre les deux images correspondant à un défaut de mise au point. Toutes ces déterminations peuvent être effectuées par des moyens de calcul automatiques. Les mesures des écarts entre les deux images du point visé, lors d'un défaut de mise au point, sont facilitées lorsque le détecteur, au lieu d'être constitué par un tube analyseur de télévision, est formé par une mastique d'éléments C C D (dispositifs à couplage de charge) ou de photodiodes, associés à un dispositif de restitution ou de mesure approprié. Lorsque le détecteur est ainsi réalisé par une mosaSque d'éléments sensibles, la détermination de l'écart entre les deux images du meme point visé peut être effectude de manière très précise et l'ensemble peut être automatisé. I1 est à noter que la caméra 1 peut être portée par un dispositif permettant non seulement les trois translations suivant les trois axes d'un trièdre trirectangle, mais permettant, en outré, des rotations selon un, deux ou trois axes. il convient de noter que le dédoublement des deux voies A, B, (dans le plan zQx) permet de travailler sur des détails linéaires contrastés à orientation différente de Ox ; en effet, avec une telle orientation des détails, le dédoublement des images sur le tube 4 et sur l'écran du moniteur 5 apparatt clairement lorsqu'il y a un défaut de mise au point. I1 peut arriver, cependant, que l'objet présente des détails linéaires orientés suivant l'axe Ox, sur lesquels on souhaite effectuer des mesures ; le dédoublement des images, lors d'un défaut de mise au point, n'apparat pás clairement dans ce cas. Il est alors avantageux de prévoir des moyens de support de la caméra permettant une rotation de l'ensemble de cette caméra autour de l'axe C de telle sorte que le détail visé forme un angle avec le plan des axes des deux voies optiques, après rotation de la caméra. Une rotation de 90" de la caméra autour de l'axe C permet d'apprécier avec la plus grande précision, la position des détails orientés suivant l'axe Ox. On pourrait, également, prévoir un système à quatre voies optiques, à savoir les deux voies optiques A, B situées dans le plan xOz, tel que représenté sur le dessin, et deux voies supplémentaires, semblables aux voies A, B, mais situées dans le plan yOz orthogonal à xOz. Pour une telle caméra, à quatre voies, il est encore avantageux de prévoir une possibilité de rotation de la caméra autour de l'axe C pour travailler avec la meilleure précision sflr des détails de l'objet orientés selon un a gle quelconque. On peut, en outre, prévoir un asservissement de l'angle formé entre les miroirs de tette Ma, Mb, donc de l'angle 0 Une valeur faible de DC permet d'observer des objets creux sans avoir à pénétrer physiquement dans la partie concave de l'objet. suette possibilité diminue si DC augmente, mais alors la précision du pointé est meilleure. On a obtenu des résultats satisfaisants avec un angle OC = 20 , un grandissement optique des objectifs Oa, Ob égal à 2 et un grandissement électronique, introduit entre le tube 3 et le moniteur, égal à 16. Une application particulièrement intéressante de cette caméra concerne l'observation et les pointés effectués sur une image réelle (ou virtuelle) holographique d'un objet. En prévoyant un grandissement optique faible, au niveau des objectifs Oa, Ob (par exemple un grandissement de 2 comme déjà expliqué), on peut s'affranchir pratiquement des problèmes liés au phénomène de "speckle" qui entache l'image et empêche une mise au point précise. L'image obtenue sur le tube 4 peut, ensuite, être agrandie électroniquement, par l'ensemble 6, de telle sorte que l'image fournie sur l'écran du moniteur 5 aura des dimensions suffisantes et sans que le phénomène de "speckle" soit gênant. Au contraire, une observation directe de l'image réelle holographique par des moyens optiques ayant un grandissement équivalent à celui de l'ensemble de l'objectif Oa, Ob et du grandissement électronique fourni par l'ensemble 6, serait fortement gênée par le phénomène de "specklen. Il va de soi que les faisceaux formant chacune des deux voies optiques, doivent, dans le cas de l'observation d'une image holographique, passer par le cliché représentant l'objet. Il est avantageux, notamment pour cette application à l'observation d'une image holographique, de faire porter la caméra par des moyens de support permettant d'orienter cette caméra dans une direction appropriée, par rotation de l'ensemble de la caméra autour du point de convergence (confondu avec d sur le dessin) des deux voies A, B. Les mesures effectuées sur un objet en trois dimensions dépendent de la précision de la caméra, précision liée à l'angle d , et de la précision du système de déplacement de cette caméra suivant les trois directions x, y, z. On peut effectuer des contrôles d'un objet de série, en reliant la caméra à un système d'enregistrement et de traitement des mesures des coordonnées des points, et en répétant les mesures sur des points tests d'un objet de série. Les résultats de ces mesures sont comparés à celles effectuées sur un objet type, ce qui permet d'avoir une information immédiate sur la quart de la fabrication de l'objet contrôlé. La caméra stéréoscopique de l'invention présente l'avantage de tout système optique par rapport à un système mécanique, c'est-à-dire l'absence de contact avec l'objet sur lequel les mesures doivent être effectuées. Le système de télévision utilisé présente une facilité de mise en oeuvre par rapport à un système classique de pointé visuel (genre microscope d'atelier). L'opérateur se trouve devant l'écran du moniteur 5 ou du restituteur, au lieu d'avoir un oeil rivé à l'oculaire du viseur. La précision d'un système visuel classique dépend de son ouverture. Plus le grandissement est important, plus le champ est petit et les systèmes à fort grandissement sont très ouverts. Dans la caméra de l'invention, comme déjà expliqué, le grandissement optique des objectifs Oa, Ob est faible (deux par exemple) ; l'ouverture de ces optiques est donc faible, ce qui permet d'avoir un champ important, ce qui est intéressant pour l'approche grossière du détail. Le grandissement global n'est pas affecté puisque le faible grandissement optique est compensé par le grandissement électronique entre tube 3 et moniteur 5. La caméra pouvant être reliée par un câble au moniteur 5 et les moyens de déplacement de la caméra pouvant être commandés électriquement, il ntest-pas nécessaire qu'un opérateur soit près de la caméra pendant les mesures. Ceci peut être intéressant en ambiance polluée ou dangereuse (radioactivité, etc...) sous réserve que le fonctionnement du tube 3 ne soit pas perturbé par d'autres phénomènes. Lorsque l'objet présente des ddtails régulièrement espacés, ou lorsque l'on crée ces détails par projection optique de franges lumineuses, e;t/ou sombres, sur l'objet, il est possible d'envisager des automatisations des pointés et leur en registrement, après avoir effectué un positionnement initial. Il suffira à l'opérateur de mettre la caméra grossièrement au point sur une zone d'une frange ; un asservissement est prévu pour que la caméra suive cette frange grâce à ùn défilement de la caméra commandé suivant l'axe Ox, et.à un déplacement asservi de la caméra suivant l'axe Oy pour assurer le maintien du centrage des deux images dédoublées ; la mesure de la distance entre les fronts de montée des deux images dédoublées permet de déduire la coordonnée z du point visé, sans qu'il soit nécessaire de déplacer la caméra suivant l'axe Oz. Selon une variante, cette caméra peut être asservie également suivant l'axe Oz, pour assurer la mise au point, la coordonnée z étant enregistrée selon les déplacements de la caméra suivant cette direction. REVENDICATIONS 1. Caméra stéréoscopique de mesures pour effectuer, par visées point par point, des mesures de grandeurs géométriques, notamment des mesures de coordonnées, sur un objet, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux voies optiques propres à regarder un point visé de l'objet selon deux axes différents, et un dispositif détecteur propre à recevoir les deux images du même point fournies par les deux voies optiques, ce dispositif détecteur étant relié à un dispositif restituteur, l'ensemble étant tel que la mise au point est obtenue à l'aide de moyens de déplacement de la caméra suivant une bissectrice des axes des deux voies optiques d'observation de manière à assurer le recouvrement des deux images. 2. Caméra selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif détecteur comprend une caméra de télé- vision sur le tube de laquelle sont formés les deux images du point visé, ladite caméra étant reliée à un moniteur à balayage, pour la restitution de l'image sur ce moniteur. 3. Caméra selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend un ensemble électronique propre à introduire un grandissement électronique entre le dispositif détecteur et le dispositif restituteur. 4. Caméra selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que chaque voie optique comprend un premier miroir ou équivalent incliné sur l'axe du détecteur, un second miroir ou équivalent propre à diriger des rayons issus du point visé, et réfléchis par le premier miroir, vers le détecteur, et un système optique formant objectif, par exemple situé entre'lue second miroir et le détecteur,pour former l'image du point visé sur le détecteur. 5. Caméra selon la revendication 3 ou selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisée par le fait que le grandissement du système optique est faible, notamment de l'ordre de deux, tandis que le grandissement électronique entre détecteur et restituteur, est supérieur, notamment compris entre quinze et vingt (15 et 20). 6. Caméra selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est portée par des moyens de déplacement, du type coordinatographe, permettant d'assurer avec précision les déplacements de la caméra suivant l'axe du détecteur confondu avec la bissectrice des voies optiques et suivant deux autres axes situés dans un autre plan, notamment perpendiculaire à l'axe du détecteur. 7. Caméra selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est portée par des moyens de support permettant une rotation de la caméra autour de l'axe du détecteur confondu avec une bis sectrice des voies optiques. 8. Caméra selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte quatre voies situées dans deux plans orthogonaux qui se coupent suivant l'axe du dispositif détecteur. 9. Application d'une caméra selon la revendication 5 ou selon l'ensemble de la revendication 5 et de l'une quelconque des revendications 6 à 8, à des observations et à des pointés effectués sur une image holographique d'un objet. 10. Caméra selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, plus particulièrement pour l'application selon la revendication 9, caractérisée par le fait qu'elle est portée par des moyens de support permettant d'orienter la caméra par rotation autour du point de convergence des deux voies.