Brevet FR2503860A1 — publié le 19821015

L'invention concerne un capteur optique pour la reconnaissance d'une fente, d'une ligne de jonction, d'intervalles, de bords, ou de toutes autres discontinuités de matière en vue de la commande d'opérations de solidarisation automatique en continu, de suivi ou de reconnaissance de formes à l'aide d'équipements automatiques. Pour réaliser une solidarisation correcte en continu entre deux surfaces de caractéristiques et de matières identiques ou différentes, il faut pouvoir disposer en permanence d'informations détail lées qui permettent d'identifier parfaitement la zone de jonction de manière à commander l'organe de soudage au fur et à mesure de son avance en fonction des caractéristiques particulières de la zone élémentaire prochaine à solidariser. Il en est de même en ce qui concerne la nécessité de disposer d'informations détaillées pour la bonne exécution des opérations de suivi et de reconnaissance de formes. La perfection d'exécution de la solidarisation dépend principalement de la précision des informations sur les caractéristiques de formes et d'état de surface de la zone de jonction ainsi que de la précision de commande de l'organe de solidarisation, par exemple de soudage, et de ses caractéristiques propres. En effet, la moindre erreur de positionnement de la tête de soudage se traduit par un décalage de la ligne de soudage et augmente le risque de provoquer une faiblesse latente de la jonction. De façon analogue, une mauvaise présentation de la tête de soudage par rapport au plan perpendiculaire à la ligne de jonction ainsi qu'un réglage approximatif des caractéristiques propres à l'apport de matière conduisent à une solidarisation de qualité douteuse. Dans le cas de procédés spéciaux, par exemple de soudage à plasma, l'exigence de précision de guidage de la tête est encore supérieure et aucun dispositif de détection mécanique, du type par exemple à palpeur, ne peut donner entière satisfaction. Même les capteurs optiques conventionnels trdvaillant sans contact avec la ligne de jonction n'apportent aucune amélioration sensible en raison, d'une part, de leur précision propre jugée insuffisante et, d'autre part, du système d'asservissement qui les lie à la tête de soudage, présentant les inconvénients caractéristiques de derive et les risques de décrochage toujours possibles lors d'écarts brusques et importants. Par ailleurs, une zone de séparation, faiblement ou irrégulièrement contrastée, ou peu réfléchissante, se prête mal ai' la |a détection optique par des moyens convention- nels. L'invention a pour but de remédier aux défauts des capteurs conventionnels en fournissant un capteur optique particulièrement performant qui permet la conduite d'une tête de soudage ou de collage et, plus généralement de tous organes mécaniques à fonctionnement automatique, avec une précision, une rapidité et une fiabilité tout à fait intéressantes, ceci malgré les nombreuses difficultés liées au transit de l'information dans un milieu fortement parasité électriquement. Les différentes caractéristiques techniques de l'invention sont consignées dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur une vers ion de réalisation de l'invention en référence aux dessins accompagnants dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe représentant la composition de la chaîne optique devant une surface réfléchissante. la figure 2 est une vue en plan de la zone analysée avec représentation de la tache lumineuse de forme allongée. la figure 3 est une vue schématique en coupe représentant la composition de la- chaîne optique en cours d' ana lyse d'une surface avec fente. . la figure 4 est le schéma de l'association des principaux éléments constituant l'unité de conversion des informations lumineuses en signaux électriques. Le capteur optique selon l'invention peut être utilisé pour l'analyse de toutes zones de discontinuité entre deux surfaces identiques, analogues ou différentes: joints, bords d'un matériau plan, lignes de recouvrement... il pourra, dans une application particulière, servir de détecteur pour la conduite d'une tête de soudage ou de collage le long d'une ligne de séparation de deux surfaces à solidariser. Il pourra aussi bien servir à la commande d'équipements automatiques à partir du suivi d'un tracé ou de la reconnaissance de formes. Selon l'invention, on forme sur la surface à analyser une tache lumineuse de forme allongée à partir d'un faisceau de lumière cohérente. On véhicule et on exploite les informations portées par le faisceau réfléchi qui traduisent de façon très précise les altérations dans l'uniformité d'aspect et de relief d'une zone de scrutation. Ces informations transformées en impulsions électriques de durée, fonction de la largeur de la discontinuité rencontrée, seront exploitées dans un système de traitement; approprié en vue de la commande en fonctionnement continu et automatique d'une tête de soudage, de collage, par apport ou par fusion, et plus généralement, d'organes d'exécution d'équipements automatiques. Le capteur selon l'invention met en oeuvre une source de lumière cohérente provenant d'un laser 1 dont le pinceau lumineux 2 est élargi par passage dans un ensemble optique afocal 3 afin de diminuer proportionnellement sa divergence. Le faisceau agrandi 4 traverse une lame séparatrice 5 puis un élément optique de focalisation, par exemple une lentille cylindrique ou semi-cylindrique 6, pour la formation d'une tache lumineuse 7 de forme allongée, par exemple elliptique. ta forme allongée de cette tache lumineuse présentée grand axe parallèle à la fente ou à la ligne à détecter, permet de réduire, de façon notable, l'influence des défauts de surface en disposant d'une tache de scrutation convenablement orientée et de surface suffisante, qui permet d'obtenir un retour de lumière suffisant dans le cas de défauts assimilables à la fente ou à la ligne à détecter. Le faisceau réfléchi 8 sur la surface 9, présentant IÙ fente ou tout autre ligne 10 à détecter, t dévié par lame sep ci é par I s#pairaitr i séparatrice Set foca I i sé par une ne deuxième lentille Il sur d'une fibre optique 12 I ' i maitje réfléchie à travers le milieu jusqu'à Un détecteur opto-électronique i # suivi d'un amplificateur à faible bruit 14 qui fournit une tension fonction de l' l'aspect optique de la surface observée et de la ou des discontinuité(s) à détecter. Cette tension, appliquée à un comparateur 15 à seuil réglable en 16, forme une impulsion dont la durée est directement proportionnel le à la largeur de la fente balayée. Ces impulsions, mises en forme et convenablement exploitées par des circuits logiques, permettront la commande en déplacement de la tête de soudage ou de collage et son maintien rigoureux au-dessus de la ligne de séparation et, plus généralement, la commande d'un ou de plusieurs organes d'exécution d'équipements automatiques. Ce capteur se montre peu sensible à la brillance de la surface et à l'influence du milieu environnant, fortement parasité par les courants forts de soudage. Sa précision permet de distinguer des fentes jusqu'à des largeurs très faibles, de l'ordre de 60 micromètres, et de détecter des lignes de séparation à faible contraste ou à bords peu marqués. La deuxième lent I le 11 sera, de préférence, du type plan convexe afin d'augmenter la prcfondeur de champ à la réception du faisceau réfléchi, notamment sur le front d'entrée de la fibre optique 12. Il est bien enterdu que diverses modification simples, substitutions par des équiva lents et variantes directes de l'invention décrite ci-dessus ne sauraient échapper 3 la présente protection irais, au contraire, entrent pleinement dans son cadre. KEVENDICATIONS 1. Capteur optique animé d'un mouvement Je balayage transversal pour la reconnaissance et/ou le suivi de discontinuités longues et étroites, lignes, bords fentes et autres, contrastées optiquement caractérisé en ce qu'il se compose, d'une part, d'une chaîne optique formée d'une source de lumière cohérente (1) produisant un pinceau étroit (2) suivie d'un ensemble optique afocal (3) réalisant un pinceau élargi (4), d'une lame séparatrice (5), d'un élément optique (6) formant à partir du pinceau (4) une tache lumineuse allongée (7) sur la surface à analyser (9) présentant une fente ou une ligne (10), et d'une deuxième lentille (11) focalisant le faisceau à l'entrée d'une fibre optique (12) et en ce qu'il se compose, d'autre part, à l'autre extrémité de la fibre optique (12), d'une chaîne de conversion du signal lumineux en impulsions électriques formée d'un détecteur opto-électronique (13) à l'entrée d'un amplificateur à faible bruit (14) suivi d'un comparateur (15) à seuil réglable (16). 2. Capteur optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la deuxième lentille (11) est de type plan convexe. 3. Capteur optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément optique (6) est une lentille cylindrique ou semi-cylindrique. 4. Capteur optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tache lumineuse (7) affecte la forme d'une ellipse. 5. Capteur optique selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que la tache lumineuse présente une orientation telle que sa grande dimension est disposée parallèlement à la fente ou à la ligne à détecter.