Brevet FR2521287A3 — publié le 19830812

FR 2521287 A3 19830812 FR 8301965 A 19830208 252128 ? La présente invention concerne un dispositif, pour l'acquisition de grandeurs mesurées au moyen d'une projection de marques sur une surface contenant plusieurs récepteurs, o est adjoint un circuit d'évaluation pour la quantification des marques. Pour la mesure de longueurs ou d'angles, on tend à une haute précision Les appareils de mesure connus et utilisés dans ce but, comme par exemple les appareils géodésiques sont construits de façon que l'opérateur lise la grandeur mesurée sur une échelle qui se compose de marques optiques, comme par exemple des raies, des interstices ou des chiffres ou bien sur un affichage numérique Le traitement des grandeurs mesurées diffère d'une méthode de lecture à l'autre La lecture d'échelles est subjective, mais elle présente cependant l'avantage d'une moindre dépense d'appareils La lecture d'appareils numériques est principalement plus précise, mais présente cependant l'inconvénient degrosoescpemes d'appaieils Comme on le sait, les appareils de mesure géodésique, comme par exemple, le théodolite,doivent présenter une cons- truction petite, simple et légère avec consommation minime de puissance De plus, ces appareils doivent pouvoir être réalisés de façon à être sans entretien pendant des années, tout en ayant un fonctionnement avec la même précision Ces appareils sont utilisés sur le terrain et doivent pouvoir résister à un fonctionnement très rude. Lés systèmes numériques de mesure qui sont connus, qui sont par exemple décrits dans la publication du brevet germanique NO 2 211 235 et dans le brevet US NO 3 973 119 ne répondent en aucun cas aux conditions indiquées Ainsi, par exemple, les systèmes de mesure statiques possèdent, a priori, une précision qui ne suffit pas, la plupart du temps, dans le cas d'appareils géodésiques Les systèmes de mesure incrémentiell par contre sont sensibles à des interruptions de la tension d'alimentation car le valeur de l'angle ou de la longueur doit être continuellement, c'est-àdire par incrément, détectée et mémorisée dans le cas d'une modification de la grandeur mesurée Les systèmes dynamiques de mesure de très haute précision sont finalement très coûteux et possèdent des systèmes de commande et de régulation sensibles à l'usure Ces systèmes connus de mesure sont également très chers, coûteux, compliqués et doivent être souvent soumis, pendant leur utilisation, à un entretien et des soins par un personnel compétent qui revient cher, ou bien ils ne sont pas précis et n'ont pas de construc- tion simple. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des systèmes connus de mesure en mettant en valeur leurs avantages et en réunissant des avantages tels que la précision, une construction simple et à bon marché, et ni entretien ni soin. Cet objectif est atteint par les mesures qui suivent: on dispose plusieurs récepteurs qui sont placés selon un motif prédéterminé sur une surface et qui produisent des signaux électriques selon leur influence par les marques, lesquels signaux peuvent être lus séquentiellement et en considérant une valeur stable de seuil pour chaque processus d'exploration dans un calculateur de façon à pouvoir déterminer le barycentre à partir de la répartition des valeurs de seuil des marques, et produire un signal de sortie. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 montre une partie d'une échelle avec marques optiques codées; la figure 2 est une représentation graphique de la répartition d'intensité d'une marque optique et du photorécepteur, la figure 3 est un schéma de circuit pour l'interprétation de la grandeur mesurée représentée par la marque optique; et la figure 4 montre le circuit de la figure 3 avec une installation de compensation. Comme exemple typique d'utilisation, on décrira ci-après une installation de mesure d'angle La mesure se produit par détection de la position d'une boucle codée de mesure, comme cela est signalé par exemple sur les figures 1 et 3 Une échelle 3 avec marques optiques 31 peut être éclairée par une source de lumière 1 et des objectifs 2 et/ou 2 ' pourraient être prévus ou non. Les marques optiques peuvent présenter diverses formes, comme cela a déjà été décrit comme étant connu Les marques optiques 31 sont avantageusement transparentes. Elles pourraient cependant également ne pas être trans- parentes par rapport à un fond transparent Pour la mesure d'une longueur ou d'un angle, les marques optiques 31 sont disposées à la façon représentée sur la figure 1 Pour la construction d'un appareil de mesure d'angle, ces marques optiques sont disposées radialement, tandis que pour un appareil de mesure de longueur, elles sont parallèles La figure 1 montre l'utilisation de trois largeurs différentes de ces marques optiques, qui sont toutes disposées équidistantes Les marques larges, qui sont désignées en la, identifient les limites des inter- valles Les marques étroites, désignées en lb et les marques moyennes désignées en lc servent au codage de l'intervalle correspondant Par la coordination des largeurs de trait, on peut ainsi, en utilisant divers codes binaires, coder jusqu'à 128 intervalles. Ce codage permet de répartir la grandeur à mesurer Cela sera mieux expliqué ci-après en se référant à la figure 3. On expliquera plus précisément, dans ce qui suit, le mode d'action de l'exemple de réalisation de la figure 3 en utilisant la figure 2 On suppose que la source de lumière éclaire, par l'objectif 2, la marque optique 31 se trouvant sur l'échelle 3 L'objectif 2 ' ne doit, dans cet exemple, pas être prévu Dans un autre exemple de réalisation, l'objectif 2 ' peut être utilisé sans l'objectif supérieur 2 On peut également penser qu'aucun objectif 2 ou 2 ' ne puisse trouver son utilisa- tion La surface 4 contient un grand nombre de photo- récepteurs 41, qui sont répartis soit en une ligne ou régulièrement en plusieurs lignes sur cette surface. L'image de la marque optique éclairée 31 donne, sur le photorécepteur recevant le rayonnement, la répartition d'intensité qui est représentée sur la figure 2 La figure 2 ne montre qu'une ligne de photorécepteurs, qui sont désignés par N à N + 9 Cependant, seuls les photo- récepteurs N à N + 7 seront éclairés La répartition d'intensité est donnée par la distance 22 de chaque photorécepteur et par la grandeur analogique de l'éclaire- ment La position de la marque optique 31 par rapport à chaque photorécepteur est donnée par la position du barycentre de la répartition d'intensité 21 Le barycentre peut être obtenu aussi bien par voie analogique que numérique Dans l'exemplede réalisation des figures 2 et 3, le barycentre est obtenu par voie numérique, ce qui sera mieux décrit ciaprès Sur la figure 2 sont indiquées en ordonnées les valeurs de l'intensité I Chaque photo- récepteur a une intensité différente, lesquelles sont désignées par exemple, par IN à IN+ 3 LE signaux de chaque photodiode arrivent, de la disposition de surface 4 sur l'organe correspondant 5 qui aura la forme, dans l'exemple qui suit, d'un amplificateur différentiel Il faut encore mentionner que les signaux sont soit appliqués séquentiellement par les deux lignes représentées sur la figure 3 à l'organe d'adaptation ou bien que chaque photo- élément 41 possède sa propre ligne vers l'organe d'adapta- tion Les signaux sont appliqués au comparateur 6, qui reçoit, par le convertisseur numérique-analogique 7,des signaux de référence en une série déterminée, qui sont comparés aux signaux d'intensité de chaque photorécepteur. Cela est schématiquement représenté sur la figure 2 On suppose ici que le signal de référence 23 est, comparé aux signaux d'intensité Seule une partie des photo- récepteurs, c'est-à-dire les photorécepteurs N+ 2 à N+ 6 ont un signal d'intensité qui est supérieur à cette valeur de seuil 23 Dans l'exemple de réalisation qui précède, les signaux d'intensité de tous les photo- récepteurs sont comparés à la valeur de seuil 23 Le résultat arrive, par la ligne 61, à la bascule monostable 8. Alors, le signal de référence suivant est appliqué du convertisseur numérique-analogique 7 au circuit de comparaison 6 Ce signal de référence suivant est utilisé, dans le circuit de comparaison 6, comme valeur de seuil 24 Cela est également représenté sur la figure 2 La comparaison de tous les photorécepteurs est accomplie de la même façon, comme on l'a déjà décrit en rapport avec la valeur de seuil 23 qui précède D'autres valeurs de seuil sont continuellement formées et cela, tant qu'un signal est appliqué du circuit de comparaison 6 par la ligne 61 à la bascule monostable 8. Sur la figure 3 est représenté un autre circuit en pointillé, qui se compose du circuit de comparaison 6 a, du convertisseur numériqueanalogique 7 a et de la bascule monostable 8 a Le mode d'action de ces trois éléments est le même que ce que l'on a déjà décrit Cet autre circuit sert à ce que les signaux d'intensité des photorécepteurs 41 puissent être comparés en même temps à deux valeurs différentes de seuil Il faut de plus signaler que sur la figure 3 d'autres circuits identiques peuvent être prévus, permettant de comparer les signaux d'intensité des photorécepteurs, en même temps, à d'autres valeurs de seuil Cela écourte de façon importante la durée de mesure. Les signaux à la sortie des circuits de comparaison 6 et respectivement 6 a et autres, représentent -2521287 l'information de quantification-de la répartition d'intensité des marques optiques 31 Dans les bascules monostables 8, 8 a et autres, ces très courts signaux sont allongés, dans le temps, et appliqués au microprocesseur 9 par la ligne 81 de façon que la quantification d'intensité puisse être entreprise séquentiellement pour une valeur de seuil Dans le microprocesseur 9, le barycentre de toute la répartition des valeurs de seuil'21 est calculé avec l'entrée des signaux de quantification pour les autres valeurs de seuil' Le barycentre de cette répartition des valeurs de seuil 21 est reconnu, dans le calculateur 9, comme dimension pour les grandeurs à mesurer (par exemple dimension d'angle ou dimension de longueur) Il est également possible que les signaux d'intensité de chaque photo-élément 41 soient pondérés, dans le calculateur 9, avec divers facteurs Cela peut par exemple signifier que la répartition des valeurs de seuil 21 de la figure 2 est plus grande au milieu (c'est-à-dire pour les photo- récepteurs N+ 3 et N+ 4). Le calculateur établit donc la grandeur mesurée qui est représentée par la marque optique 31 Comme cependant la marque optique, qui sur la figure 1 est désignée en lc, a été calculée dans l'exemple qui précède et que cette marque se trouve dans un intervalle, il faut encore effectuer le codage de l'intervalle correspondant par le calculateur 9 Comme on l'a déjà indiqué en se référant à la figure 1, chaque intervalle est codé par des marques optiques différentes la, lb, lc Ces marques sont différentes par leur largeur, mais sont cependant équidistantes les unes des autres Les différentes largeurs des marques donnent au calculateur 9 l'informa- tion nécessaire concernant l'intervalle dans lequel se trouve la marque lc calculée Cette information est appliquée, par le calculateur, avec l'information du barycentre, par la ligne 91 au dispositif indicateur 10. Dans ce dispositif, la grandeur à mesurer est totalement indiquée Cette grandeur peut, comme on l'a déjà plusieursfds signalé, être soit une dimension de longueur ou également une dimension d'angle Une autre possibilité de codage de chaque intervalle peut être prévue par des marques optiques identiques ayant des distances variables. Le calculateur 9 applique, par la ligne 92, chaque signal de référence au convertisseur numérique- analogie 7 ou 7 a et cela a déjà été décrit Cependant, on montrera ciaprès que pour un réglage automatique de l'intensité de la répartition des valeurs de seuil, les signaux de référence à la sortie du calculateur 9 peuvent être modifiés Un tel réglage d'intensité est utile lorsqu'au cours de la durée de fonctionnement, soit la source de lumière 1 ou la sensibilité desphotorécepteul 41 sur la surface 4 peut -se modifier d'une façon non -contrôlée On suppose maintenant que la sensibilité des photorécepteursa diminué du fait du vieillissement Cela signifie que la répartition d'intensité 21 n'atteint plus la valeur de seuil comme cela était le cas précédemment. Le calculateur 9 maintient cela et diminue soit la valeur de seuil afin qu'elle puisse être de nouveau déclenchée par la répartition 21 de la valeur de seuil,ou bien la source de lumière 1 reçoit un courant plus élevé d'éclai- rage, afin que malgré la diminution de la sensibilité des photo-éléments 41, la valeur de seuil habituelle puisse de nouveau être déclenchée Il est également possible que le pondérage ci-dessus mentionné des différents signaux d'intensité soit accompli de façon que la réparti- tion 21 des valeurs de seuil se produise aux emplacements souhaités Enfin, on peut dire qu'à la suite du principe de mesure décrit, il y a toujours un réglage automatique de l'intensité De ce fait, le rapport entre la valeur de seuil 23, 24 et ainsi de suite et l'intensité maximum de la répartition 21 des valeurs de seuil pendant tout le temps de fonctionnement est toujours optimum. La figure 4 montre principalement les mêmes pièces que dans l'exemple de réalisation de la figure 3, mais à la différence qu'un dispositif de compensation est prévu entre l'échelle 3 et la surface 4 des photo- récepteurs 41 Ce dispositif de compensation, qui se compose d'un élément 14 de déplacement du rayonnement et d'un moteur d'entraînement 13, est commandé par le microprocesseur 9 au moyen du convertisseur numériqueanalogique 11 et de l'amplificateur 12 Pour l'explication du mode d'action du dispositif de compensation, on suppose que l'échelle 3, o sont disposées les marques optiques 31 (figure 4) ou la, lb, lc (figure 1) se déplace selon le processus de mesure Les marques optiques 31 croisant le rayon lumineux de la source 1 sont projetées sur les photorécepteurs 41 de la surface 4 Comme on l'a déjà décrit en se référant aux figures 2 et 3, on obtient dans le circuit d'interprétation suivant 5, 6, 7, 8, 9 la répartition de valeursde seuil détectées 21 S'il ressort que le barycentre détecté de cette répartition de valeurs de seuil 21 ne se trouve pas précisément à sa position zéro,, le calculateur 9 produit, par la-ligne 93, un signal de sortie qui est appliqué au convertisseur numérique- analogique 11, à l'amplificateur 12, au moteur électrique 13 de façon que l'élément déplaçant le rayonnement 14, qui peut être un prisme, tourne de nouveau dans l'une ou l'autre direction de la flèche La rotation est accomplie jusqu'à ce que le barycentre de la répartition de seuil 21 ait de nouveau atteint sa position du zéro. Par cette compensation automatique on est sûr que les marques optiques de mesure, qui doivent être utilisées pour un processus de mesure présenteront la même position du zéro sur la-surface 4 De ce fait, la précision de mesure est élevée - R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour l'acquisition de grandeurs mesurées au moyen d'une projection de marques sur une surface contenant plusieurs récepteurs, avec un circuit d'interprétation pour la quantification des marques, caractérisé par la disposition de plusieurs récepteurs ( 41) qui sont disposés selon un motif prédéterminé sur une surface ( 4) et qui produisent, en dépendance de leur influence par les marques ( 31), des signaux électriques,. qui peuvent être lus séquentiellement et en considérant une valeur de seuil stationnaire ( 23, 24) pour chaque processus d'exploration dans un calculateur ( 9) afin de pouvoir déterminer le barycentre à partir de la réparti- tion des valeurs de seuil ( 21) des marques et produire un signal de sortie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur mesurée est répartie en plusieurs intervalles codés, en ce que chaque intervalle est plus petit que la surface contenant les récepteurs eten ce q des moyens ( 9) sont prévus pour obtenir la position relative de l'intervalle par rapport à la surface du récepteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque intervalle est codé par des marques différenciables, qui sont placées équidistantes les unes aux autres. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque intervalle est codé par des marques identiques ayant des distances variables entre elles. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le début et la fin de l'intervalle sont codés par des marques séparées. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en cequ'entrelasourcede lumière ( 1) et la surface des récepteurs ( 4) est prévu au moins un élément optique ( 2, 2 '). 7. Dispositif selon la revendication 1, catactérisé en ce qu'entre l'échelle ( 3) et la surface ( 4) des récepteurs ( 41) est disposée une installation de compensation ( 14) pour la production de la position du zéro de la répartition de valeurs de seuil. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'installation de compensation ( 14) se compose d'un prisme.