Brevet FR2512949A1 — publié le 19830318

L'invention concerne un dispositif de mesure optique par éclairage coaxial. On connaît déjà des dispositifs de mesure optique suivant lesquels afin d'améliorer le contraste on place une source lumineuse derrière l'objet Cependant, cette source est toujours trop encombrante et nécessite des réglages fas- tidieux. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un dispositif universel de mesure sans contact permettant de déterminer et de mesurer la position d'un objet, ses dimensions ou bien des phénomènes rapides tels que le déplacement très rapide d'un objet. La présente invention a également pour but d'effec- tuer des mesures de dimensions ou de vitesses pour des objets en déplacement, pour des mouvements rapides ou pour des maté- riaux non solides. La présente invention a également pour but de créer un dispositif de mesure op tique mettant en oeuvre des photo- détecteurs avec une grande facilité d'adaptation et un bon contraste rendant la mesure plus fiable et insensible à l'é- clairage ambiant, ces mesures s'effectuant avec une puissance d'éclairage faible. Enfin, la présente invention a pour but de créer un dispositif léger et compact intégrant éclairage et visée, et s'adaptant à la plupart des conditions industrielles ou scientifiques. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de mesure optique par éclairage coaxial, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse éclairant coaxialement un objet, disposé devant un objectif pour déterminer les dimensions ou la position de l'objet, un photodétecteur étant disposé sur le plan image de l'objectif à l'endroit de l'image de l'objet à mesurer. Suivant une autre caractéristique, la source lumi- neuse envoie un faisceau sur des surfaces rétroréfléchissantes, le faisceau étant renvoyé vers le photodétecteur associé à un dispositif électronique de traitement du signal. La mise en oeuvre de surfaces rétroréfléchissantes permet de supprimer ou de simplifier les installations disposées à' a l'arrière de l'objet que l'on désire mesurer ainsi, il suffit 2 2512949 par exemple de maquiller l'objet avec une ou plusieurs mires composant les surfaces rétroréfléchissantes, soit de placer une surface rétroréfléchissante derrière l'objet. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un condenseur -_ du faisceau lumineux devant lequel est placé un écran pourvu d'une fente, le faisceau lumineux traversant la fente en déterminant une fente lumineuse, puis traversant l'objectif pour éclairer coaxialement l'objet situé devant une surface rétroréfléchissante. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le photodétecteur est disposé perpendiculairement à l'axe de visée et coopère avec un séparateur de faisceau situé entre le photodétecteur et un piège à lumière destiné à capter le faisceau inutile. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la fente lumineuse est d'une dimension supérieure ou égale à celle du photodétecteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la fente lumineuse et le photodétecteur sont situés à distance égale de l'objectif. Enfin, suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, les surfaces rétroréfléchissantes sont disposées soit derrière l'objet éclairé, soit sur l'objet lui-même. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un mode de réalisation d'un dispositif de mesure optique conforme à l'invention, représenté schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté du dispositif, la figure 2 est un schéma représentant le trajet du faisceau lumineux. Selon la figure 1, le dispositif 1 de mesure optique par éclairage coaxial comporte une source lumineuse S éclai- rant coaxialement un objet 2 disposé devant un objectif 3. Un photodétecteur 4 est disposé sur le plan image de l'objectif 3 à l'endroit de l'image de l'objet 2 à mesurer. Le dispositif 1 comporte également des surfaces réfléchissantes 5 disposées derrière l'objet mais pouvant être disposées également sur l'objet lui-même sous forme dsl mires. iu) la fonction de la surface réfléchissante étant de rernv"'yer le 3 25 12949 faisceau lumineux émis par la source S vers le photodétecteur 4 en ne nécessitant qu'une puissance d'éclairage faible. Le faisceau lumineux émis par la source lumineuse S passe tout d'abord dans un condenseur 6 d'o il est envoyé sur un écran 7 comportant une fente lumineuse 8 La fente lumineuse 8 est de dimensions supérieures ou au moins égales aux dimensions du photodétecteur 4 De plus, la fente 8 et le photodétecteur 4 sont disposés à distance égale de l'objectif 3 Le photodétecteur 4 est disposé en outre perpendiculairement à l'axe de visée et coopère avec un séparateur de faisceaux 9 situé sur la ligne de visée X, entre le photodétecteur 4 et un piège à lumière 10 destiné à capter le faisceau lumineux inu- tile Ainsi, le faisceau lumineux émis par la source lumineuse S est réfléchi par l'intermédiaire de la surface rétroréflé- chissante 5 vers le séparateur de faisceaux 9 qui envoie une partie de ce faisceau à angle droit sur le photodétecteur 4, l'autre partie déviée perpendiculairement vers le haut par le séparateur de faisceaux 9 étant captée par le piège à lumière Le photodétecteur 4 est relié a un dispositif électronique de traitement du signal non représenté sur cette figure. Le dispositif 1 permet ainsi de déterminer la dimension ou la position d'un objet placé devant l'objectif 3 en réalisant l'image de cet objet sur un photodétecteur 4. Ce photodétecteur 4 peut être constitué par exemple d'une photodiode, d'un réseau CCD de photodiodes, de photorésis- tances ou analogues Dans le cas d'un réseau CCD de photo- diodes relié à un dispositif électronique de traitement du signal, le signal vidéo est rendu logique dans un compara- teur discriminant les diodes éclairées et les diodes sombres. Un compteur définit soit la dimension de la zone mesurée, soit sa position par rapport à l'origine du photodétecteur. Le dispositif 1 éclaire coaxialement l'objet 2 par l'intermédiaire de l'objectif de prise de vue 3, le faisceau lumineux étant condensé puis traversant une fente lumineuse 8 avant de traverser un dispositif séparateur de faisceaux 9 Ce dispositif séparateur de faisceaux peut être constitué d'une lame semi-transparente, d'un cube de Lumer, ou un prisme de Fresnel ou analogues Le faisceau lumineux réflé- chi est séparé par la laine semi-transparente 9, par exemple I() d'une part, vers le bas sur le photodétecteur 's, et, d'autre 4 2512949 part, vers le haut, o est disposé le piège à lumière captant ce faisceau inutile Le piège à lumière 10 permet en outre de réduire les effets parasites. Les surfaces rétroréfléchissantes 5 permettent d'améliorer le contraste de visée en étant disposées soit sur le fond, à l'arrière de l'objet visé, l'objet apparaissant alors en sombre sur fond clair, soit étant disposées sur l'objet visé lui-même sous forme de mires par exemple, permettant de définir la position ou les limites de cet objet Ce dernier apparaît alors en clair sur fond sombre. La surface rétroréfléchissante 5 peut être cons- tituée de peinture ou de plastique adhésif s'adaptant facile- ment Elle peut être constituée, en outre, de blocs plastiques du type catadioptres destinés à être collés ou vissés La mise en oeuvre de ces surfaces rétroréfléchissantes nécessite un minimum de mise en oeuvre Lorsqu'on les place à l'arrière de l'objet, ils doivent être plus grands que la tache image de la source lumineuse S En outre, ces surfaces réfléchissantes sont peu sensibles à l'angle d'incidence de la lumière et ceci dans une plage dépendant de leur technique de fabrication Selon la figure 2, le dispositif 1 révèle le trajet du faisceau lumineux E Celui-ci est émis par la source lumi- neuse S puis passe sur le condenseur 6 avant de traverser la fente lumineuse 8 et la plaque semi-transparente 9 et l'objec- tif 3 pour éclairer l'objet 2 et heurter la surface rétroré- fléchissante 5 d'o le faisceau E est renvoyé Le faisceau réfléchi est renvoyé sur le séparateur de faisceaux 9 constitué d'une lame semitransparente d'o le faisceau inutile est envoyé à angle droit par rapport à la ligne de visée X vers le piège à lumière 10 o cette partie de faisceau est captée. Le piège à lumière 10 est disposé au-dessus de la lame semi- transparente 9 par rapport à la ligne de visée X. Le faisceau utile est envoyé vers le photodétecteur 4 disposé en-dessous de la ligne de visée X Le photodétecteur est relié à un dispositif Il électronique de traitement du signal émis Le dispositif Il permet de déterminer la mesure soit de la dimension de l'objet 2, soit sa position ou son déplacement. Le dispositif 1 permet d'utiliser les propriétés des surfaces rétroréfléchissantes à l'optimum de leur rende- ment, c'est-à-dire pour une divergence nulle entre les faisceaux 12949 incidents et réfléchis On obtient ainsi une impression du photodétecteur avec un bon rendement en ne nécessitant qu'une puissance d'éclairage faible et très localisée L'emploi des surfaces rétroréfléchissantes fournit un contraste élevé per- mettant des mesures précises avec les différents types de détecteurs et ceci avec une faible influence de l'éclairage ambiant. Le dispositif 1 permet également de s'adapter à toutes les distances de mise au point et de distances de l'objet mesuré Ainsi, si l'on déplace l'objectif pour une mise au point différente, la source lumineuse S reste focalisée dès que l'image de l'objet 2 est nette sur le photodétecteur 4 Ceci simplifie très fortement les opérations de réglage. 6 2512949 REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de mesure optique par éclairage coaxial, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse S éclairant coaxialement un objet ( 2), disposé devant un objectif ( 3), pour déterminer les dimensions ou la position de l'objet ( 2), un photodétecteur ( 4) étant disposé sur le plan image de l'objectif ( 3) à l'endroit de l'image de l'objet ( 2) à mesurer. 2 ) Dispositif de mesure conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse S envoie un faisceau sur des surfaces rétroréfléchissantes ( 5), le faisceau étant renvoyé vers le photodétecteur ( 4) associé à un dispositif -11) électronique de traitement du signal. 3 ) Dispositif de mesure conforme aux reven- dications 1 et 2 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur ( 6) du faisceau lumineux devant lequel est placé un écran ( 7) pourvu d'une fente ( 8), le faisceau lumineux traversant la fente ( 8) en déterminant une fente lumineuse, puis traversant l'objectif ( 3) pour éclairer coaxialement l'objet ( 2) situé devant une surface rétroréfléchissante ( 5). 4 ) Dispositif de mesure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, précédentes, caractérisé en ce que le photodétecteur ( 4) est disposé perpendiculairement à l'axe de visée X et coopère avec un séparateur de faisceaux ( 9) situé entre le photodétecteur ( 4) et un piège à lumière ( 10) destiné à capter le faisceau inutile. ) Dispositif de mesure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que la fente lumineuse ( 8) est d'une dimension supérieure ou égale à celle du photodétecteur ( 4). ) Dispositif de mesure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce que la fente lumineuse ( 8) et le photodétecteur ( 4) sont situés à distance égale de l'objectif ( 3). 7 ) Dispositif de mesure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce que le dispositif séparateur de faisceaux ( 9) est une lame semitransparente, un cube de Lumer, un prisme de Fresnel ou analogues. 8 ) Dispositif de mesure conforme à l'une 7 2512949 quelconque des revendications à 7 précédentes, caractérise en ce que le photodétecteur ( 4) est constitué d'une photodiode, d'un réseau CCD de photodiodes, de photorésistances ou analogues. 9 ) Dispositif de mesure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes, caractérisé en ce que les surfaces rétroréfléchissantes sont disposées soit derrière l'objet ( 2) éclairé, soit sur l'objet ( 2) lui-même.