Brevet FR2483070A1 — publié le 19811127

Appareil de mesure de dimensions. La présente invention est relative à un appareil pour mesurer la position du bord d'un objet ou la distance entre deux bords opposés d'un objet. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un appareil pour mesurer la largeur ou le diamètre de matériau en défilement à haute température (et donc lumineux) enqforme de bande, de tige ou de tube, en cours de fabrication. Un appareil de ce type général est décrit par exemple dans la demande de brevet allemand DOS 2 140 939 suivant laquelle le matériau dont la largeur est à mesurer est éclairé de derrière par une source de lumière collimatée de façon à projeter une image du matériau sur une rangée de photodiodes disposées du cté du matériau opposé à la source lumineuse. Cependant, cet appareil présente différents inconvénients. Par exemple, la source lumineuse doit habituellement être très brillante et donc, tend à vieillir rapidement, à être relativement coè- teuse et à avoir une courte durée de vie. En outre, le fonctionnement de l'appareil est au contraire affecté par la présence de lumière étrangère à la source, c'est-à-dire la lumière ambiante et/ou la lumière émise par le matériau lui mime si ce matériau est à haute température. De plus, la source lumineuse peut avoir des taches sombres, par exemple à cause de dépots de poussière, qui peuvent être confondus avec un bord du matériau. Par ailleurs, Si le matériau est à température suffisamment élevée pour émettre assez de lumière pour se passer d'une source lumineuse, des taches sombres sur le matériau, dues par exemple à la présence de scories ou d'eau de refroidissement, peuvent alors être aussi confondues avec un bord du matériau. la présente invention à pour but de surmonter au moins certains des inconvénients susmentionnés. Suivant un premier aspect de l'invention, il est prévu un appareil pour mesurer la distance entre deux bords opposés d'un objet, cet appareil comportant une caméra contenant deux rangées de dispositifs photosensibles et disposée pour produire, en fonctionnement, sur chaque rangée de dispositifs une image de l'un desdits bords respectifs, chaque rangée de dispositifs étant associée avec des moyens de balayage agencés pour balayer les dispositfs depuis l'extrémité la moins éclairée de la rangée vers l'extrémité la plus éclairée, pour déterminer la position de ladite image sur celle-ci et déterminer ainsi la position du bord correspondant de l'objet. Suivant un second aspect de l'invention, il est prévu un appareil pour mesurer la distance entre deux bords opposés d'un objet, cet appareil comportant des première et seconde caméras agencées pour être disposées en fonctionnement sur les côtés opposés de l'objet avec leurs axes optiques sensiblement alignés et sensiblement perpendiculaires à la distance à mesurer, chaque caméra contenant une rangée respective de dispositifs photosensibles sur lesquels la caméra produit, en fonctionnement, une image d'un desdits bords respectifs, et chaque rangée de dispositifs étant associée avec des moyens de balayage agencés pour balayer les dispositifs depuis l'extrémité la moins éclairée de la rangée vers l'extrémité la plus éclairée, pour déterminer la position de ladite image sur celle-ci et déterminer ainsi la position du bord correspondant de objet. Ainsi, selon chacun des deux premiers aspects de l'invention, les positions respectives des deux bords de l'objet sont détectés en se servant d'une transition d'éclairement passant du sombre au lumineux. Les taches sombres précédemment mentionnées auront donc beaucoup moins de chances de perturber la mesure puisque chaque bord sera presque toujours détecté avant que le balayage atteigne le creux dans le niveau déclairement provoqué par une telle tache. I1 est à remarquer que si la mesure est effectuée en faisant un unique balayage transversalement à une image complète de l'objet, comme dans la technique antérieure, de sorte qu'un bord est détecté en utilisant une transition passant du lumineux au sombre, une telle tache pourrait assez facilement être prise pour un bord. Suivant un troisième aspect de l'invention, il est prévu un appareil pour détecter la position du bord d'un objet pouvant émettre de la lumière, cet appareil comportant une caméra contenant une rangée de dispositifs photosensibles sur laquelle la caméra produit, en fonctionnement, une image dudit bord, et des moyens pour balayer la rangée de dispositifs afin de déterminer la position de ladite image sur celle ci et de déterminer ainsi la position dudit dit bord, et comportant an outre une source lumineuse monochromatique disposée du cOté de l'objet opposé à celui de la caméra, ladite source lumineuse étant choisie pour produire une lumière d'une longueur d'onde différente de celle susceptible d'être émise par l'objet, et un filtre optique passe-bande disposé entre l'objet et la caméra et agencé, de préférence, pour transmettre la lumière produite par la source lumineuse. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante en relation avec les dessins annexés qui représentent, à titred'exemples non limitatifs différents modes de réalisation d'un appareil de mesure conforme à l'invention. Sur ces dessins - la fig. 1 est une représentation synoptique simplifiée d'un mode de réalisation d'un appareil de mesure de largeur suivant 1' invention, utilisant une seule caméra - les fig. 2 et 4 sont des représentations analogues de trois autres modes de réalisation d'appareils de mesure de largeur sui vant l'invention, utilisant chacun deux caméras - la fig. 5 est une représentation d'un autre mode de réalisation d'un appareil de mesure de largeur suivant l'invention, utili sant cette fois quatre caméras - la fig. 6 est une représentation d'un autre mode de réalisation a une seule caméra d'un appareil de mesure de largeur sui vant l'invention. Ces différents modes de réalisation ont des éléments en commun qui porteront les mêmes numéros de référence dans tous les dessins annexés. L'appareil de mesure de largeur de la fig. 1 comprend une caméra 1 dans laquelle deux rangées rectilignes de dispositifs photosensibles, constitués par deux rangées de diodes 2, sont disposées approximativement symétriquement par rapport à l'axe optique 3 de la caméra. Une image de la bande lumineuse de matériau en défilement 4 dont la largeur doit être mesurée est projetée par le système optique 5 de la caméra 1 sur les deux rangées de diodes 2, qui sont montées alignées 1' une avec l'autre et sont dirigées perpendiculairement aux bords 6 du matériau 4 qui servent pour la mesure (e'est-à-dire parallèles à la direction de la largeur à mesurer) de manière qu'une image d'un bord respectif du matériau se forme sur chaque rangée de diodes.Chacune des rangées de diodes 2 est balayée suivant la direction de la flèche 7, c'èst-à-dire dans chaque cas depuis l'extrémité de la rangée de diodes respective éloignée de l'axe optique 3. Les circuits électroniques de balayage et de discrimination associés aux rangées de diodes ne sont pas représentés, car leur forme précise ne fait pas partie de la présente invention : cependant, des circuits appropriés sont décrits dans la demande de brevet allemand DOS 2 516 756 et comportent un circuit de déclenchement qui est utilisé pour trouver les bords 6. Les amplitudes des signaux video issus des rangées de diodes 2 sont maintenues à une valeur constante pour les deux rangées par un circuit de commande d'amplitude commun, c' est-à-dire qu'une valeur d'amplitude nominale des signaux video est fixée à l'avance, et qu'elle est comparée à la valeur d'amplitude réelle des signaux video issus dune rangée de diodes 2, la durée d'exposition des deux rangées de diodes 2 étant déterminée à partfr de la valeur de comparaison. Afin de trouver chacun des bords 6, une transition passant du sombre au lumineux dans le matériau 4 est détectée sur les rangées respectives de diodes 2. Ainsi, la largeur du matériau 4 peut être mesurée sans utiliser une source d'éclairement par derrière, et les positions des deux bords du matériau sont déterminées exactement par le circuit de déclenchement mentionné plus haut. Des effets parasites provoques par des scories ou de l'eau sur le matériau 4 sont éliminés dans une large mesure puisque la première transition brusque de sombre en lumineux sur chaque bord 6 est utilisée pour la mesure dans chaque cas. On utilise pour l'exposition des rangées de diodes 2 une durée d'inté gratin d'approximativement 2-40 ms, dépendant de la quantité de lumière émise par le matériau 4, de manière que les effets parasites résultant de zones limitées de scories sur les bords 6 du matériau soient en majeure partie nuls en moyenne (puisque la mesure est exécutée sur un matériau mobile). Même s'il y a des scories sur le matériau 4, une adaptation de la durée pendant laquelle les rangées de diodes 2 sont exposées à l'intensité du rayonnement au cours de l'opération de mesure reste sensiblement inchangée. La fig. 2 montre un mode de réalisation suivant l'invention comportant deux caméras 1, 1' disposées sur les côtés opposés du matériau 4 et ayant un axe optique commun 3 par rapport auquel une rangée de diodes 2 est montée symétriquement dans chacune des caméras 1, 1'. Ainsi, dans cette réalisation, les rangées de diodes sont disposées sur des cotés opposés de l'axe optique commun 35 et chacune détermine la position d'un bord respectif 6 du matériau 4 : le matériau 4 est repré senté, fig. 2, comme susceptible d'avoir un profil rond ou rectangulaire. I1 en résulte la possibilité d'effectuer une compensation notable des erreurs de mesure causées par des variations de position du matériau 4 pendant la mesure de sorte que de larges variations dans la position du matériau peuvent être admises (dans certaines limites) sans erreurs résultantes importantes dans la mesure. Le mode de réalisation suivant l'invention représenté fig. 3 diffère de celui de la fig. 2 seulement en ce que, au lieu d'une rangée de diodes 2 dans chaque caméra 1,1', on utilise deux rangées de diodes 2, comme c 'était le cas avec la caméra 1 de la fig. 1. Ceci permet de faire une moyenne des signaux des caméras avec un circuit électro nique approprié, avec pour résultat de réduire encore les erreurs de mesure. Dans le cas du mode de réalisation suivant l'invention représenté fig. 4, les deux caméras 1,11 de la fig. 3 sont disposées avec leur axe optique 3 à angle droit l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'asymétrie des signaux video des rangées de diodes 2 de la caméra 1', provoquée par une position asymétrique du matériau 4 à mesurer par rapport à l'axe optique de la caméra 1', peut être utilisée pour corriger par le calcul la mesure de largeur effectuée par la caméra 1. Dans le mode de réalisation suivant l'invention illustré fig. 5, il y a deux paires de caméras 1,1', chaque paire de caméras 1,1' ayant un axe optique commun 3, et les deux axes optiques communs 3 étant perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Chaque caméra 1,1' est munie d'une seule rangée de diodes 2 disposée comme dans le mode de réalisation suivant la fig. 2. Dans ce cas, chaque paire de caméras opposée 1,1' détermine la distance entre une paire respective de bords opposés du matériau 4, l'emploi de deux systèmes de caméras à angle droit l'un par rapport à l'autre permettant de corriger par le calcul les erreurs de mesure qui sont causées par des variations de position du matériau.Sous ce rapport5 on peut déterminer deux dimensions du matériau 4, lesquelles sont orientées à angle droit l'une par rapport à l'autre, et une compensation automatique additionnelle importante peut être obtenue des erreurs de mesure causées par des variations de position du matériau 4. Les avantages des modes de réalisation des fig. 2 et 4 sont ainsi combinés. Le mode de réalisation suivant l'invention représenté fig. 6 peut être utilisé avec des matériaux non lumineux aussi bien qu;avec des matériaux lumineux puisqu'il comporte du caté du matériau 4 éloigné de la caméra 1 une source lumineuse 8 à forte intensité, sensiblement monochromatique, constituée par une lampe à vapeur de sodium à basse pression, qui sert à éclairer le matériau par derrière. Afin de faire un meilleur usage de la source lumineuse 8, un réflecteur courbe 9 est disposé derrière celle-ci de manière que pratiquement toute la lumière émise par la source lumineuse soit dirigée dans la direction du matériau 4. Entre la caméra 1 et le matériau 4, et de préférence incorporé ou à proximité de la caméra, il est de plus prévu un filtre optique passe-bande 10, par exemple un filtre à bande étroite.Un tel filtre fonctionne par exemple suivant le principe d'interférences et peut être par exemple un filtre "quart d'onde". Ainsi, l'utilisation d'une lampe à vapeur de sodium à basse pression telle que la source lumineuse 8, accompagnée par l'emploi d'un filtre passe-bande 10 permet pratiquement à la seule lumière de la lampe à vapeur de sodium de le traverser. Il est à noter que, comme le matériau 4 est éclairé par derrière dans la réalisation de la fig. 6, la direction de balayage des rangées de diodes 2 est inverse pour assurer que les positions respectives des bords 6 du matériau sont toujours détectés en utilisant des transitions du sombre au lumineux. A cause de la forte intensité d'une lampe à vapeur de sodium à basse pression, il est improbable qu'une contamination dans le trajet de transmission optique entre la source lumineuse 8 et la rangée de diodes 2, par exemple sous forme de vapeur d'eau ou de vapeur d'huile dans la région du matériau 4, affaiblisse l'éclairement de la rangée de diodes 2 de façon sensible, tandis que par ailleurs, la lumière ambiante,provenant du matériau 4 si par -exemple ce matériau est un matériau lumineux en défilement ou un matériau ayant une surface métallique brillante, ou d'une autre lumière incidente, est effectivement supprimée. En outre, la durée de vie d'une lampe à vapeur de sodium est très longue et elle peut être excitée à partir de la tension du réseau à 50 ou 60 Hz sans grande dépense, auquel cas des durées d'intégration de 10 ms ou 8,3 ms respectivement peuvent être utilisées afin d'éliminer pratiquement toutes variations provenant des ondulations de l'inten- sité de la lumière à une fréquence double de celle du réseau. La forte intensité du rayonnement de lampes à vapeur de sodium à basse pression est aussi particulièrement appropriéeparce que la sensi- bilité spectrale maximale des diodes des rangées 2 se trouve dans le rouge qui est voisin de la lumière de la lampe à vapeur de sodium, de sorte que; à cet égard, il ne se pose aucun problème. d'éclairer les rangées de diodes jusqu'à saturation. Si la largeur du matériau lumineux doit entre mesurée en se servant d' une source lumineuse autre qu'une lampe à vapeur de. sodium, il faut prendre soin de s'assurer qu'aucune lumière monochromatique tombant dans la zone de rayonnement du matériau ne soit utilisée afin que la lumière ambiante puisse être effectivement supprimée, c'est-à-dire dans le cas de matériauendéfilement aucune lumière monochromatique dans le rouge ne doit être utilisée, puisque le matériau rayonne dans cette zone. Comme une lampe à vapeur de sodium peut fournir un éclairement relativement uniforme, les deux rangées de diodes de la fig. 6 peuvent, si on le désire, être remplacées par une seule rangée balayée d'une extrémité à l'autre. Pour éviter les erreurs dues aux variations d'épaisseur du matériau, la caméra 1 peut entre décalée de façon que son axe optique soit extérieur à la largeur du matériau 4, afin que ce soit l'image du bord inférieur qui soit balayée : il est à remarquer que la hauteur de la caméra au dessus de la surface inférieure du matériau 4 est fixe. De nombreuses autres modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples. Ainsi, les rangées de diodes 2 peuvent être remplacées par d'autres genres de dispositifs photosensibles, par exemple des dispositifs à transfert de charges. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour mesurer la distance entre deux bords opposés d'un objet lumineux comportant une caméra contenant deux rangées de dispositifs photosensibles disposés symétriquement de chaque caté de l'axe optique de la caméra, caractérisé en ce que la caméra est agencé, en fonctionnement, pour produire une image d'un desdits bords respectif, chaque rangée de dispositifs étant associée avec des moyens de balayage aptes à balayer les dispositifs depuis 1' extrémité de la rangée éloignée de lraxe optique vers l'extrémité la plus voisine de l'axe optique pour déterminer la position sur cette rangée de ladite image et déterminer ainsi la position cor respondante de l'objet. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com porte, en outre, des moyens de comparaison pour comparer la valeur des signaux produits par les dispositifs éclairés de l'une des ran gées avec un niveau de référence et pour ajuster la durée d'expo sition des deux rangées en fonction du résultat de ladite compa raison. 3 - Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une seconde caméra similaire à la première ca méra précitée et agencée pour être disposée, en fonctionnement, du coté de l'objet opposé à la première caméra avec son axe optique aligné avec celui de la première camera. 4 - Appareil suivant la revendication 1 ou 2, comportant, an outre, une seconde caméra similaire à la première caméra précitée et agen cée pour être disposée, en fonctionnement, avec son axe optique approximativement perpendiculaire à celui de la première caméra et parallèle à la distance à mesurer. 5 - Appareil pour mesurer la distance entre deux bords opposés d'un objet lumineux5 caractérisé en ce qu'il comporte des première et seconde caméras agencées pour être disposées, en fonctionnement, de part et d'autre de l'objet avec leurs axes optiques sensible ment alignés et perpendiculaires à la distance à mesurer5 chaque caméra contenant une rangée respective de dispositifs photosensi bles sur lesquels la caméra produit, en foncticnnement, une image d'un desdits bords respectif, la rangée de dispositifs étant dis posée symétriquement de chaque côté de l'axe optique commun et chaque rangée de dispositifs étant associée avec des moyens de ba layage aptes à balayer les dispositifs depuis l'extrémité éloignée de l'axe optique commun vers l'extrémité de la rangée la plus voi sine de l'axe optique commun pour déterminer la position sur cette rangée de ladite image et déterminer ainsi la position du bord cor respondant de l'objet. 6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il com porte, en outre, des moyens de comparaison pour comparer la va leur des signaux produits par les dispositifs éclairés de l'une des caméras avec un niveau de référence et pour ajuster la durée d'exposition des deux rangées en fonction du résultat de cette comparaison. 7 - Appareil suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des troisième et quatrième caméras similaires aux premiè re et seconde caméras et aussi agencées pour être disposées, en fonctionnement, de chaque caté de l'objet avec leurs axes optiques approximativement alignés, l'axe optique commun des troisième et quatrième caméras étant approximativement perpendiculaire à l'axe commun des première et seconde caméras et parallèle à la distance à mesurer. 8 - Appareil pour détecter la position du bord d'un objet susceptible d'émettre de la lumière, cet appareil comportant une caméra con tenant une rangée de dispositifs photosensibles sur lesquels la caméra produit, en fonctionnement, une image dudit bord, et des moyens pour balayer la rangée de dispositifs afin de déterminer la position de ladite image sur celle-ci et déterminer ainsi la position dudit bord, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une source lumineuse sensiblement monochromatique disposé du caté de l'objet opposé à la caméra, ladite source lumineuse étant choi sie pour produire une lumière d'une longueur bonde différente de celle susceptible d'être émise par l'objet, et un filtre optique passe-bande disposé entre l'objet et la caméra, et agencé pour transmettre de preférence la longueur d'onde produite par la source lumineuse. 9 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la sour ce lumineuse comporte une lampe à vapeur de sodium à basse pres sion. 10 - Appareil suivant la revendication 9, caractérisé an ce que la lam pe à vapeur de sodium à basse pression est conçue pour être excitée par la tension normale du réseau alternatif d'alimentation et que les moyens de balayage sont prévus pour balayer la rangée de dispo sitifs à des intervalles de 10 millisecondes approximativement.