Brevet FR2363778A1 — publié le 19780331

L'invention concerne un procédé pour déterminer par voie optique la forme de sections transversales de corps, des rayons de lumière caractéristiques pour la détermination étant définis par la surfàce, captés opto-électroniquement et évalués. Par ailleurs, l'invention concerne un dispositif pour l'exécution de ce procdé. Les procédés et dispositifs du genre ainsi défini rendent possible la mesure sans contact des dimensions de surfaces, si bien que l'on peut déterminer en particulier la largeur ou, dans le cas de sections transversales circulaires, le diamètre d'un corps. C'est ainsi par exemple qu'on connait, d'après la publication "3loch, Rohre, ProfileW 5/1971, p. 3, le procédé consistant a illuminer par l'-arriere, au moyen d'une source lumineuse, un corps de section quadrilatère que l'on veut soumettre à la mesure et orienter un appareil photographique sur la zone d'oscillation où l'on s'attend a trouver le bord extérieur du corps.De la sorte, on peut former une image des deux bords sous forme de contrastes nets de l-uminosité et évaluer cette image. D'après la même publication, on connatt le procédé de contrblé du diamètre d'un fil de métal circulaire qui est illuminé a partir de deux sources de lumière projetant des rayons perpendiculaires et sur la zone d'oscillation duquel sont dirigés les objectifs de deux caméras également disposées perpendiculairement l'une l'autre. Ce système a pour avantage qu'on peut en même temps détecter la position du corps a partir des valeurs de fonction qui sont fournies par les deux caméras et, de la sorte, corriger la largeur mesurée.Toutefois, dans l'un et l'autre de ces procédés, les résultats de la mesure se limitent a la détermination du diamètre ou de la largeur du corps a mesurer. En particulier, ces procédés ne permettent pas d'obtenir des indications sur la section transversale délimitée par la surface dans la région de sa mesure. Partant de la, on a cherché en concevant l'invention, a pouvoir exécuter, dans le cas de surfaces, des déter;inations géométriques étendues, permettant en particulier d'obtenir des informations sur la grandeur et la forme de la surface dans la région de sa mesure, les sections transversales des corps devant être également détectées. D'après le procédé de l'invention, ce but est atteint par le fait qu'un roseau de lignes est projeté dans une ou plusieurs directions différentes sur toute la surface et que l'image du réseau de lignes produit sur la surface est formée au moyen d'au moins un système optique dirigé sur la surface dans une, direction qui diffère de la direction de projection. Etant donné qu'il est possible de procéder avec un réseau de lignes très serré, on peut ainsi, non seulement déceler les caractéristiques particulières de forme de la surface, par exemple et avant tout ses inégalités, mais aussi déterminer, avec une précision qui est largement suffisante pour des applications pratiques, la largeur totale ou le diamètre total du corps. On obtient des réseaux de lignes particulièrement adéquats en élargissant optiquement un rayon de laser et en le transformant en un réseau de lignes par interférométrie. On parvient à une détermination fiable de la surface de corps a sections transversales circulaires, dont la surface se trouverait normalement pour la moitié dans l'ombre du rayonnement en projetant sur la surface de ces corps des réseaux de lignes dans deux directions mutuellement opposées. Les images des réseaux de lignes sont captées optiquement de deux côtés qui sont également opposés l'un a l'autre. De cette manière, on dispose d'un vaste matériel d'information sur la surface pour l'évaluation consécutive. L'évaluation est effectuée de manière particulièrement simple s l'image du réseau de lignes est captée au moyen d'un miroir tournant et si l'image réfléchie est utilisée, pour la production d'impulsions, sous une forme accessible à l'évaluation quantitative d'après la position et la durée. Pour exécuter le procédé proposé, on utilise d'après l'invention un dispositif dans lequel un télescope qui élargit le rayonnement d'un laser est monté à la suite de celui-ci. Le rayonnement de laser élargi est alors dirigé vers un interféromètre de Michelson. La surface du corps a examiner doit ensuite se trouver dans la direction de sortie des rayons de cet interféromètre. Dans ces conditions, un système optique formateur d'image est réglé sur la surface a partir d'une autre direction. Dans une forme de réalisation de l'invention, prévue en particulier pour la détermination de la surface dans le cas de fils de métal, le système optique formateur d'image est réalisé avec au moins une lentille convergente et au moins une lentille divergente. Dans le trajet du faisceau entre la surface et une photodiode, est alors monté un miroir plan tournant, de telle manière qu'il permette la formation d'une image de la surface. Derrière le système optique mentionné se trouve le photodétecteur, devant lequel est placé un diaphragme a fente. flans cette forme de réalisation, lorsque le miroir plan, qui est de préférence un miroir réfléchissant sur ses deux faces, est mis en rotation, les images du réseau de lignes transmises par le système optique parviennent successivement, a travers le diaphragme a fente, sur la surface de réception du photodétecteur qui produit alors des séquences d'impulsions correspondantes, avec des tensions maximales survenant dans les limites de chaque impulsion. Tbutefois, on peut aussi procéder avec succès a la lecture du réseau de lignes réfléchi par la surface a l'aide d'une caméra de télévision ou d'une caméra a lignes deidiodes. Dans ce dernier cas, il apparait cet avantage qu'on dispose directement, comme grandeur de sortie, d'un signal tramé dans le temps, ce qui simplifie considérablement 11 évaluation ultérieure. Les systèmes de lecture proposés délivrent donc, comme grandeur de sortie, une tension alternative dans laquelle les écarts temporels des maxima de tension correspondent aux écarts géométriqiles des lignes lumineuses sur le corps. Le rapport du temps a la longueur est subordonné dans chaque cas aux dimensions géométriques du systame. On peut déterminer par le calcul la forme de la section transversale en portant, comme valeurs de coordonnées d'un système de coordonnées cartésiennes, les valeurs des lignes individuelles sur la surface du corps. Dans ces conditions, lorsque les valeurs x sont connues par le réseau de lignes projeté, les valeurs zr sont dérivées des signaux des systèmes de lecture, si bien qu'on peut représenter, a partir des deux paires de valeurs dans le système de coordonnées, des points de mesure qui donnent la forme de la section transversale par leur jonction. Dans la pratique, la détermination de la forme de la section transversale dans une calculatrice prévue a cet effet, en soi connue, a un intérêt encore beaucoup plus grand. Dans une semblable calculatrice, on peut introduire par pré-programmation les grandeurs de consigne des différentes paires de valeurs en fonction de formes prédéterminées de surfaces. Un comparateur prévu dans la calculatrice assure alors le contrôle de la coin cadence entre les paires de valeurs prédéterminées et mesurées.- Les écarts peuvent être indiqués sous forme de signaux et utilises principalemett a des fins de régulation. Pour expliquer l'invention de façon plus détaillée, on se référera aux dessins schématiques annexés qui se rapportent à des exemples de réalisation. La figure 1 représente une forme de réalisation selon l'invention pour le contrôle de la forme de la section transversale dans le cas d'un fil de métal. La figure 2 représente une forme de réalisation pour l'examen de la planéité d'un-ruban. Le rayonnement qui sort du laser 1 d'après la figure 1 frappe la lentille d'entrée du télescope 2 qui est réalisé avec le microdiaphragme 3. De la lentille de sortie du télescope 2 est ainsi issu un faisceau considérablement élargi. Ce faisceau frappe un interféromètre qui comporte, de fanon connue en soi, un cube diviseur de faisceau ainsi que les deux miroirs 4 mobiles l'un par rapport a l'autre. L'un des deux miroirs est fixe, tandis que l'autre miroir est réglable. Si le front d'onde incident du faisceau est plan et si les deux miroirs plans, aussi idéals que possible, sont dans. une disposition exactement perpendiculaires l'un a l'autre, il sort également de l'interféromètre un faisceau dont le front d'onde est plan.La distribution d'intensité à l'intérieur du faisceau est tres uniforme et dépend d'impuretés dans le trajet optique du télescope, ainsi que de la distribution d'intensité du~rayon délivré par le laser. Si l'on fait pivoter le miroir réglable a partir de sa position perpendiculaire au miroir fixe, les fronts d'onde réfléchis par les miroirs 4 et mis en superposition par le diviseur de faisceau ne sont plus parallèles, mais inclinés l'un par rapport a l'autre. De cette manière, il se produit des interférences, La distribution d'intensité a l'intérieur du faisceau de sortie n'est alors plus uniforme, mais il se forme alternativement des lignes claires et sombres.Si le faisceau délivré par le télescope a un front d'onde plan, il se forme, sur la surface du corps, des lignes parallèles et séparés par la même distance. Le réseau de lignes destiné b être observé est-indépendant de la distance de l1interféromètre a la surface du corps et la distance- n' est limitée que par la longueur de cohérence de la lumière du laser, d'ob il résulte que la position du corps pour la mesure ultérieure, est parfaitement indifférente. Cela constitue un autre avantage par rapport & 1' état de la technique évoqué dans le préambule. En ce qui concerne le corps illuminé, il s'agit d'une section transversale de fil de métal 8. Lorsque la surface correspondante est observée dans une direction autre que la direction de rayonnement, il apparaît une distribution des lignes qui dépend de la direction d'observation et de la forme de la section transversale. Par la mesure de la distribution des lignes, on peut tirer des conclusions sur la forme de la surface, sur la base des directions données de l'incidence des rayons et" due l'observation. Pour examiner en toute sécurité la surface complete de la section transversale circulaire 8 du fil, cette surface est illuminée par deux cotés mutuellement opposés. C'est a cela que sert le diviseur de faisceau 5 qui transmet une partie du rayon nement en réseau de lignes et dévie latéralement une partie de celui-ci. A l'aide de trois prismes de déviation 6, 6' et 6", la surface du fil est illuminée additionnellement avec le rayonnement en réseau de lignes d'interférence 7, du coté opposé a l'interféromètre. On peut voir qu'ainsi toute la circonférence de la section de fil ou, si l'on considère le dessin dans l'espace, toute la surface de cette section se situe dans la zone d'influence du rayonnement en réseau 7. Des deux côtés de la section de,fil sont disposés des systèmes de lecture semblables l'un a l'autre, parmi lesquels un seul porte des- numéros de'référence, afin de simplifier le dessin. Le rayonnement issu de la surface du fil frappe un miroir plan tournant 9, sur lequel est braqué par-ailleurs l'objectif 10 qui se compose d'une lentille divergente et d'une lentille convergente. De la sorte, l'image des lignes d'interférence perceptibles sur la surface du fil dans la direction du miroir plan 9 est formée sur le diaphragme a fente 11, en arrière duquel est prévu un photodétecteur 12. Etant-donnX que la disposition est symétrique, on peut obtenir une information continue sur l'état de la surface complète du fil, de la manière des décrite. Dans le cas du schéma de la figure 2, un ruban 13, qui présente un défaut de planéité visible, est Illuminé obliquement avec le rayon à réseau de lignes 14. Par ailleurs, l'axe optique de la lentille 15 est dirigé vers la surface Illuminée, dans une autre direction. Derrière l'axe optique, on distingue le plan de mesure 16 à l'intérieur duquel est formée l'image des lignes d'interférence individuelles, séparées par la distance a. Dans la région du défaut de planéité, les écarts entre lignes d'interférence successives sont anormaux. Du fait qu'il apparait tout d'abord un plus petit écart, puis un plus grand écart qu'ailleurs, on peut aussitôt conclure a un défaut de planéité. Naturellement, la détermination des écarts est ici possible également par voie opto-électronique et il va de soi qu'une cal culatricemontée a la suite peut être également utilisée comme source de signaux lorsque surviennent les défauts de planéité. Les applications de l'invention mentionnées ci-dessus, concernant uné section de fil de métal et-la surface d'une bande, ne constituent nullement une limitation. Par exemple, on pourrait aussi exécuter des contrôles sur des sections de tuyau par l'extérieur ou sur des profilés des types les plus divers, pourvu que les surfaces soient accessibles optiquement de l'extétrieur. REVEINfi ICAT IONS 1.- Procédé pour déterminer par voie optique la forme de sections transversales de corps, des rayons de lumière caractéristiques pour la détermination étant définis par la surface, captés opto-électroniquement et évalues, caractérise en ce qu'un réseau de lignes est projeté dans une ou plusieurs directions différentes sur toute la surface et en ce que l'image du réseau de lignes produit sur la surface est formée moyen d'au moins un système optique dirigé sur la surface dans une direction qui diffère de la direction-de projection. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des réseaux de lignes sont projetés sur la surface du corps depuis deux directions mutuellement opposées, et en ce que les images des réseaux de lignes sont captées optiquement, de deux côtés également opposés l'un a l'autre. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'image du réseau de lignes est captée au moyen d'un miroir tournant, et en ce que l'image réfléchie est utilisée pour la producton d'impulsions sous une forme accessible a 11evaluation quantitative d'après la position et la durée. 4.- Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un faisceau de laser, élargi optiquement et converti par interférométrie, est projeté, en tant que réseau de lignes, sur la surface du corps. 5.- Dispositif pour l'exécution du procdé -selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu'il est monté, à la suite d'un laser 1, un télescope 2 qui élargit le faisceau de celui-ci et qui dirige l'e faisceau de laser élargi vers un interféromètre, dans la direction de rayonnement duquel se trouve la surface du corps, et en ce qu'un système optique formateur d'image est réglé sur la surface du corps dans une autre direction. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système optique formateur d'image est un objectif 10 comprenant au moins une lentille convergente et au moins une lentille divergente, et en ce qu'un miroir plan tournant 9 est monté dans le trajet du faisceau entre la surface et un photodé testeur, tandis qu'un photodétecteur 12, devant lequel est placé un diaphragme a fente 11, est disposé derrière l'objectif 10. 7.- Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le miroir plan tournant 9 est réalisé sous forme d'un miroir réfléchissant sur ses deux faces. 8.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une caméra de télévision ou une caméra de rangées de diodes est prévue pour la lecture du réseau de lignes réfléchi par la surface. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que d'une part les maxima de tension produits par le photodétecteur 12 ou par un autre système de lecture en fonction des ecarts temporels qui correspondent aux écarts géométriques des lignes du réseau dont l'image est formée sur la surface et, d'autre part, les valeurs respectivement correspondantes du réseau de lignes projeté 7 sont introduits dans une calcnlatrice, dans laquelle des grandeurs de consigne des paires de valeurs respectives sont pré-programmées en fonction. de formes de surfaces prédéterminées, et dans laquelle un comparateur est prévu en outre pour contrôler la coincidence des paires de valeurs prédéterminées et mesurées. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 a 9 pour l'examen de formes de sections transversales circulaires, en particulier de fils de métal, caractérisé en ce qu'il est placé, dans le rayonnement a réseau 7 des lignes d'interfarence, un diviseur de faisceau 5 qui dévie latéralement une partie du rayonnement, et en ce que trois prismes de déviation 6, 6', 6", ou miroirs de déviation sont prévus pour changer la direction au faisceau dévié, de telle manière que celui-ci éclaire la forme de la section transversale circulaire dans la direction opposée à celle du rayonnement non dévié, et en ce que deux systèmes de lecture opposés sont dirigés sur la forme de section transversale.