Brevet FR2522409A1 — publié le 19830902

TELEMETRE OPTIQUE L'invention concerne un télémètre optique destiné à déterminer une distance dans une direction donnée. Un tel télémètre est applicable à toutes machines dans lesquelles des organes mobiles doivent avoir une position connue. Il existe des dispositifs de mesures de distances capable des meilleurs précisions, et capable de satisfaire par leurs performances techniques de nombreux domaines concernés par la présente invention. De tels dispositifs utilisent par exemple des faisceaux laser, et d'une manière générale font appel à des techniques de mesure de phase ultra-précise et des moyens électroniques complexes. De ce fait, ces dispositfs présentent l'inconvénient d'être onéreux; d'autre part, ils exigent souvent des connaissances particulières pour leur maniement. A l'opposé, la présente invention concerne un télémètre optique, simple à réaliser et à manipuler, constitué d'une combinaison de moyens éprouvés et d'un faible coût, agencés d'une manière originale; cet agencement permet de déterminer avec une précision adaptée au problème à traiter la distance entre deux points situés sur une direction donnée. Selon l'invention, un télémètre optique destiné à déterminer une distance D, le long d'une direction de référence entre un premier point, et un second point au niveau duquel est réfléchi ou diffusé un faisceau de lumière, comprenant un premier moyen émetteur de ce faisceau de lumière, un second moyen récepteur comportant au moins un premier détecteur de cette lumière, des troisièmes moyens électroniques, est caractérisé en ce que le premier et le second moyen emetteur, récepteur, comportent respectivement un axe d'émission et un axe de réception coupant la direction de référence en des mêmes points; ces premier et second moyens émetteur-récepteur étant mis en mouvement synchronisé par des moyens de déplacement coopérant avec des moyens électroniques de manière que les axes d'émission et de réception balayent la direction de référence, jusqu a rencontrer le -second point au niveau duquel le faisceau est réfléchi ou diffusé vers le second moyen récepteur, la position de l'un ou de l'autre de ces moyens émetteur, récepteur étant alors fonction de la distance D, et cette position étant déterminée à l'aide d'une moyen capteur de position. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit et des figures jointes, parmis lesquelles - la figure 1 montre schématiquement un télémètre selon l'invention; - la figure 2 montre le télémètre selon l'invention dans une phase de son fonctionnement; - la figure 3 représente une première variante d'un télémètre selon l'invention; - la figure 4 représente une autre version d'un télémètre selon l'invention. Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans les quatre figures. Un télémètre 1 selon l'invention, représenté schématiquement sur la figure 1 comprend un premier moyen émetteur, représenté sur la figure 1 par un boitier émetteur 2 ; ce dernier comporte un axe d'émission E, selon lequel il émet un faisceau de lumière F tel que déiimité par exemple par les droites 70, 71, cet axe E étant confondu avec un axe E1 dans une première position PE1, dans laquelle est montrée le boitier émetteur 2 sur la figure 1. Dans l'exemple non limitatif de la description, le boitier émetteur 2 est supporté par un pivot 3 situé sur un axe Y-Y, perpendiculaire à une direction de référence A dont le pivot 3 est à une distance d1 ; le boitier émetteur est capable d'un mouvement de rotation autour du pivot 3 selon une flèche 4, dans un plan comprenant l'axe Y-Y et la direction de référence A.Dans l'exemple non limitatif décrit, cette rotation s'effectue dans les limites d'un anglet de 30 , tel que présenté entre l'axe E1 et un axe E3, qui permet au boitier 2 d'occuper N positions autour du pivot 3 ; ces positions étant comprises entre la position PE1 et une position PEN dans laquelle ce bottier 2 est représenté sur la figure 1 en traits pointillés et référence 2a, l'axe d'émission E étant pour cette position confondu avec un axe EN. Cette rotation du bottier 2 entraîne un déplacement de l'axe d'émission E qui est ainsi capable d'occuper N positions telles que les axes E1, E2, ...EN, qui intersectent toujours la direction de référence A en des points respectivement B, C,...X en fonction de la position PE1, ...PEN du boitier 2. Ceci constitue un balayage de la direction de référence A par l'axe d'émission E du faisceau F de lumière. Le télémètre 1 comporte également un second moyen récepteur de la lumière émise par le boitier émetteur 2, ce second moyen récepteur étant représenté par un boitier récepteur 5. Le boitier récepteur 9, situé par rapport au boitier 2 de l'autre c8té de la direction de référence A, est supporté par un pivot 6 parallèle au pivot 3 et disposé sur l'axe Y-Y à une distance d2 de la direction de référence A, égale à la distance dl le boitier récepteur 5 comporte un axe de réception R, qui dans une première position PR1 dans laquelle est montré le boitier 5 sur la figure 1, est confondu avec un axe R1.Le boitier récepteur 5 est capable d'un mouvement de rotation autour du pivot 6 selon une flèche 7, dans un même plan que celui de la rotation du boitier 2 et dans les limites d'un angles 2 égal à l'angle o( 1, tel que présenté par l'axe R1 et un axe RN. Cette rotation du boitier récepteur 5 lui permet d'occuper N positions comprise entre la position PR1 et une autre position PRN où il est représenté sur la figure 1 en traits pointillés et référencé Sa. Ceci entraîne un déplacement de l'axe de réception R qui est aussi capable d'occuper N positions, telles que les axes R1, R2, ...RN en fonction de la position PR1, ...PRN, occupée par le boitier 5. Ceci constitue un balayage de la direction de référence A par l'axe de réception R, qui est ainsi capable de couper cette direction de référence en des mêmes points B, C, ....X que l'axe d'émission E. Cette opération est accomplie par une commande simultanée de la rotation de ces boitiers 2, 5, à vitesse égale et en sens inverse, leur position de départ étant symétrique et telles que des angles of 3, d 4 présentés par les axes E1 et R1 par rapport à la direction de référence A, sont égaux. Cette structure est remarquable en ce qu'elle permet de réaliser un chemin optique entre le boitier émetteur 2 et le boitier récepteur 5 ; ce chemin optique étant obtenu lors d'une réflexion ou d'une diffusion (non représentées) du faisceau F de lumière au niveau d'un point tel que le point C par exemple, compris entre les points B, X sur la droite de référence A, une partie de cette lumière étant alors renvoyée vers le boitier récepteur 5. Le boitier émetteur 2 contient notamment une source de lumière, constituée dans l'exemple non limitatif décrit par une diode 8 de type AS-GA émettant dans le proche infra-rouge, mais pouvant également être constituée par une source de lumière visible ; dans l'exemple décrit, la diode émettrice 8 est associée à des moyens optiques 80 permettant de définir au faisceau F de lumière émise, des limites 70, 71 qui constituent à ce faisceau une ouverture ayant un angle 0t approprié à la précision recherchée. Le boitier émetteur 2 reçoit un courant modulé Im fourni par des moyens électroniques 40 représentés dans un cadre en traits pointillés ; ce courant Im étant appliqué à la diode 8, qui le convertit en énergie lumineuse. Le faisceau de lumière ayant pour origine le courant IM est ainsi modulé pour permettre à sa réception, d'éliminer la lumière ambiante et de ne conserver que le signal provenant de la diode 8 d'émission quant le chemin optique ci-dessus cité est réalisé ; il est possible également pour améliorer cette élimination de la lumière ambiante, de démoduler de façon synchrone le signal de réception. Le boitier récepteur 5 comporte un premier détecteur de la lumière émise par le boîtier 2, constitué dans l'exemple non limitatif de la description par une diode 9 réceptrice, et un objectif de réception 81. Cet objectif 81 coopère optiquement avec la diode 9 de réception, permettant notamment de définir un axe optique constituant l'axe de réceptipn R ; ceci permet également d'améliorer les conditions de réception de la lumière renvoyée vers le boîtier récepteur 5, la surface de réception correspondant ainsi au diamètre d de l'objectif de réception 81. Le boitier récepteur 5 est relié aux moyens électroniques 40 auxquels il transmet un signal S1 dont l'amplitude est fonction de l'intensité du flux lumineux perçu par la diode 9 de réception. Les moyens électroniques 40 comportent des éléments (non représentés) permettant d'une manière classique d'une part: - de foumir à la diode d'émission 8 le courant d'alimentation modulé IM, et d'autre part - de détecter, amplifier et filtrer le signal S1 généré par la diode de réception 9, et de fournir des commandes SN, SI de mouvement à des moyens de déplacements 21, représentés dans un cadre en traits pointillés. Dans l'exemple non limitatif décrit, ces moyens de déplacement 21 comportent un moteur 12 à deux sens de rotation, soit un sens normal obtenu par la commande SN et un sens inversé obtenu par la commande SI. Ces moyens de déplacement comportent également des moyens mécaniques 13, coopérant avec des moyens commutateurs de fin de course (non représentés), organisés d'une manière classique pour assurer, par une première liaison 14 au pivot 3, le déplacement du boitier 2 dans un sens, et par une liaison 15 au pivot 6, le déplacement du boitier 5 dans un sens opposé. te sens de déplacement de chacun des boitiers 2,5 est alterné, ltarrivée à Urll extremité de leur course provoquant leur départ dans le sens inverse. Dans l'exemple non limitatif décrit, ce déplacement est exécuté à la vitesse de 1/2 aller-retour par seconde ; il provoque le balayage par les axes d'emission et de reception E, R de la direction de référence A, dans les conditions précédemment expliquées, jusqu'au moment ou le faisceau F de lumière est refléchi par un élément (non représenté sur la figure 1) dont on veut connaître la position sur cette direction. En fonctionnement, les boitiers 2 et 5 étant par exemple en position de départ dans la position PEl, PR1 montrée par la figure 1, ces boitiers sont mis en rotation dans le sens normal, selon la flèche 4 vers le repère U pour le boitier 2, et selon la flèche 7 vers le repère S pour le boitier 5 ; le faisceau F de lumière, d'axe El se déplace vers l'axe E2, I'axe de réception R se déplaçant vers l'axe R2. La figure 2 représente une situation dans laquelle la rotation des boîtiers émetteur, récepteur 2, 5 a amené l'axe d'émission E et l'axe de réception R à occuper respectivement les positions des axes E2, R2 ; ces derniers coïncident sur la direction de référence A au point C, compris dans un plan 75 qui est dans l'exemple non limitatif décrit perpendiculaire à la direction de référence A, et capable de réfléchir le faisceau F. Un faisceau F1 de lumière est réfléchi vers le boîtier récepteur 5 selon l'axe R2, qui, ainsi que précédemment expliqué, représente également l'axe de réception R ; une partie de cette lumière, constituant un faisceau F2 compris dans les limites 72, 73 du faisceau F1 réfléchi, est captée par le boitier récepteur 5. Le faisceau F2 capté, ayant également pour axe, I'axe R2, comporte au niveau du boîtier récepteur 5, par ses limites 74, 76, un même diamètre (non représenté) que le diamètre d, montré sur la figure 1 de l'objectif de réception 81. Dès réception par les moyens électroniques 40 du signal S1 alors généré par le boitier 2, les moyens électroniques 40 commandent les moyens de déplacement 21 qui déterminent par les liaisons 14, 15, I'arrêt de la rotation des boitiers émeteurs-récepteur 2, 5, ceux-ci restant dans leur dernière position. Cet arrêt permet de déterminer une distance D entre le point C et un autre point situé sur la direction de référence, comme par exemple un point 0 situé également sur l'axe Y-Y ; cette détermination de la distance D est obtenue par la lecture d'un moyen capteur de position, tel que par exemple un potentiomètre 25 coopérant avec l'un ou l'autre des pivots 3, 6.Dans l'exemple non limitatif de la description, le potentiomètre 25 coopère avec le pivot 3, par l'intermédiaire d'une liaision 22 symbolisée en trait pointilé ; la mesure de la valeur contenue par le potentiomètre 25 étant ainsi liée à la rotation du boitier 2 ; cette valeur du potentiomètre 25 correspond dans l'exemple décrit, à la valeur d'un l'angle 0( 5 consitué entre l'axe E2 et l'axe El de départ, d'où il est aisé de déduire la distance D. Une réflexion ou une diffusion (non représentée) du faisceau F d'émission par le plan 75, peut débuter avant que l'axe d'émission E ne soit parfaitement confondu avec l'axe E2 ; aussi le boîtier récepteur 5 peut capter une quantité de lumière suffisante à générer un signal S1 significatif ; ceci peut entacher d'une erreur supérieure à l'erreur admise la détermination de la distance D. Aussi, il peut être nécéssaire d'augmenter la précision du télémètre 1 selon l'invention, en agissant par exemple au niveau de la réception. Pour cela, il peut être utilisé un second moyen récepteur tel que le boitier récepteur 5 ou, ainsi que dans l'exemple de la figure 3, un second détecteur tel qu'une seconde diode 30 de réception, identique à la première diode 9, ces deux diodes 9, 30 étant montées dans le boitier récepteur 5. Les pivots 3, 6 supportant les boitiers émetteur et récepteur 2,5 sont situés par rapport à la direction A et l'axe Y-Y, d'une manière identique à celle de la figure 1, et les boîtiers 2, 5 sont capables des mêmes mouvements de rotation autour de ces pivots 3,6 que précédemment expliqué. Dans l'exemple non limitatif montré par la figure 3, les deux diodes 9, 30 de réception sont disposées symétriquement par rapport à un axe longitudinal V du boîtier récepteur 5, ainsi que par rapport à l'objectif de réception 81, et dans un même plan que celui dans lequel s'effectue la rotation des boîtiers 2, 5. Ces deux diodes 9, 30, coopèrant avec l'objectif de réception 81, déterminent l'axe de réception R du boîtier 5, de manière que cet axe R soit perpendiculaire au plan de l'objectif de réception 81, et passe par un centre 01 de ce dernier ; l'axe de réception R, étant sur la figure 3, confondu avec l'axe R2. Le boitier récepteur 5 est capable de délivrer le signal S1 généré par la diode 9 (déjà mentionné) et un signal S2 généré par la diode 30, dont, comme dans le cas de la diode 9 et du signal S1, l'amplitude est fonction de l'intensité lumineuse perçue par la diode 30 ; le signal S1 est appliqué aux premiers moyens électroniques 40, et le signal S2 à de seconds moyens électroniques 50. Ces seconds moyens électroniques 50 comportent des éléments (non représentés) capables d'une manière classique, d'une part: - de traiter le signal S2 généré par la diode de réception 30, d'une manière identique au traitement du signal S1 par les premiers moyens électroniques 40. - d'autre part de coopérer avec les premiers moyens 40, afin de comparer l'amplitude d'un signal utile SU1, correspondant au signal S1 traité par les moyens électroniques 40, à un signal SU2 (non représenté) correspondant au signal S2 traité par ces moyens électroniques 50. - et enfin de fournir aux moyens électroniques 40 : une première information (+) destinée à une poursuite du déplacement des boitiers 2, 5 dans le même sens, une seconde information (-) destinée à inverser le sens de ce déplacement, une troisième information (=) destinée à commander l'arrêt du déplacement. Ces commandes de déplacement sont appliquées aux moyens de déplacement 21, lesquels coopèrent avec les pivots 3, 6 par les liaisons 14, 15 ainsi que précédemment décrit. En fonctionnement, la mise en rotation des boitiers 2, 5 provoque le déplacement, ainsi qu'il a déjà été expliqué, des axes d'émission et de réception E, R, qui vont respectivement occuper la position des axes E2, R2, ainsi qu'il est montré par la figure 3. La figure 3 représente une situation dans laquelle la rotation des boîtiers émetteur, récepteur 2, a été interrompue après avoir amené d'une part, I'axe d'émission E du faisceau F à occuper la position de l'axe E2, et d'autre part l'axe de réception R à occuper la position de l'axe R2 ; ces derniers coïncident au point C, sur la direction de référence A et le plan de réflexion 75. Cette situation correspond à une condition dans laquelle est réalisée une égalité des intensités lumineuses appliquée aux diodes de réception 9, 30, suite à une réflexion ou une diffusion du faisceau F d'émission par le plan 75. Cette condition n'est obtenue que lorsque le faisceau F1 est renvoyé selon l'axe de réception R, la lumière du faisceau F3 captée par le boîtier récepteur 5, étant alors également distribuée aux diodes de réception 9, 30 par l'objectif de réception 81 ; dans ces conditions, les diodes 9, 30 de réception délivrent un signal S1, S2, ces deux signaux étant d'égale amplitude. Les signaux S1, S2 étant comparés en permanence par les moyens électroniques 50, la rotation des boîtiers 2, 5, par laquelle a débuté la mise en fonctionnement, est poursuivie jusqu'à ce que soit obtenue cette égalité d'amplitude; ceci étant réalisé quelque soit le sens de la rotation en cours. Cette version du télémètre 1 selon l'invetion permet grâce à la coopération entre la première et la seconde diode 9, 30 de réception, d'augmenter la précision avec laquelle l'arrêt du déplacement des boîtiers 2, 5 détermine un chemin optique passant par le point C; ce chemin optique étant constitué dans l'exemple non limitatif décrit par l'axe E2, du faisceau F d'émission, réfléchi au point C et par l'axe R2, du faisceau F2 capté, correspondant a' l'axe de réception R, I'axe d'émission E2 et l'axe de réception R2 coïncidant au point C. La détermination de la distance D entre ie point O et le point C est ainsi plus précise ; elle est obtenue ainsi que pour la première version du télémètre 1, par la lecture de la valeur contenue dans le potentiomètre 25 lié au pivot 3 par une liaison 22. Une autre réalisation d'un télémètre 1 selon l'invention est montrée à titre d'exemple non limitatif par la figure 4. On y trouve le boitier émetteur 2 associé au boitier récepteur 5, aux moyens électroniques 40 et aux moyens de déplacement 21. Les boitiers émetteur, récepteur 2, 5 sont solidaires chacun d'un chariot 60, 61, capables de rouler sur un rail 63 rectiligne et perpendiculaire à la direction A ; ces boitiers 2, 5 étant positionnés et orientés symétriquement par rapport à la direction A. Dans les positions respectivement Pi, MI que les boitiers 2, 5 occupent sur la figure 4 le long du rail 63, leur axe d'émission et de réception E, R sont respectivement représentés par des axes L1, Zi ; ces axes présentent avec la direction A qu'ils coupent au point B, des angles d 6, o( 7 égaux et sont dans un même plan, comprenant la direction A. Les boitiers émetteur, récepteur 2, 5 sont capables d'être déplacés et d'occuper N positions le long du rail 63, dans une course limitée par exemple entre les positions P1 et PN pour le boitier émetteur 2, et les positions M1 et MN pour le boîtier récepteur 5, leur orientation restant fixe par rapport au chariot 60, 61 qui les transporte. Dans ces conditions, un déplacement simultané à vitesse égale et en sens inverse, le long du rail 63 des boitiers 2, 5 permet que pour toutes les positions P1, P2,... PN et Mi, M2...MN que ces boitiers sont amenés à occuper, leur axe d'émission et de réception E, R se confondent successivement avec les axes L1, L2,...LN et ZI, Z2,...ZN, et se coupent sur la direction A. Le déplacement des boitiers 2, 5 est soit manuel soit motorisé, grâce aux moyens de déplacement 21 coopérant avec les chariots 60, 61 par l'intermédiaire des liaisions 14, 15, sous les commandes SN, SI des premiers moyens électroniques 40 ; ces déplacements s'effectuant dans un sens inverse l'un de l'autre, tels que selon la flèche 26 pour le boitier 2, quand le boitier 5 se déplace dans la direction de la flèche 27. On retrouve un mode de fonctionnement similaire à celui expliqué pour la figure 1, le sens de déplacement des boitiers 2, 5 étant inversé à chaque extremité de leur course. Une reflexion, au niveau du point C par le plan 75 du faisceau F (non représenté) émis selon un axe L2, détermine ainsi qu'il a été précédemment expliqué, un faisceau F1 réfléchi et un faisceau F2 capté (non représentés), ces deux faisceaux ayant un axe commun Z2 qui constitue également l'axe de réception R. Ainsi que dans l'exemple de la figure 2, ceci provoque un signal S1, appliqué aux moyens électroniques 40 qui provoquent l'arrêt du déplacement des boitiers 2, 5. La position le long du rail 63, de l'un ou l'autre de ces boitiers 2, 5, permet de déterminer la distance D entre le point C et le point 0.Cette position peut être connue à l'aide d'un moyen capteur de position tel que par exemple le potentiomètre 25, couplé au chariot 60 par la liaison 22 ; ceci provoquant la rotation d'une commande du potentiomètre 2, proportionnelle au déplacement du boitier 2 le long du rail 63. Il est a remarquer que les angles 0( 8, 0 La version du télémètre 1 selon l'invention, comprenant deux diodes de réception 9, 30 est également applicable à cette dernière réalisation. Un tel télémètre peut également être avantageusement utilisé pour asservir la position d'un élément d'une machine ; dans ce cas des moyens électroniques classiques, (non représentés) peuvent par exemple coopérer avec les moyens électroniques 40, et comparer la valeur contenue dans le potentiomètre 25 à une valeur prédéterminée, pour commander le déplacement de cet élément. REVENDICATIONS 1. Télémètre optique destiné à déterminer une distance D, le long d'une direction de référence (A) entre un premier point (0) et un second point (C) au niveau duquel est réfléchi ou diffusé un faisceau de lumière (F), comprenant un premier moyen émetteur (2) de ce faisceau de lumière, un second moyen récepteur (5) comportant au moins un premier détecteur (9) de cette lumière, des troisièmes moyens électroniques (40), caractérisé en ce que le premier et le second moyen emetteur, récepteur (2, 5) comportent respectivement un axe d'émission (E) et un axe de réception (R) coupant la direction de référence (A) en des mêmes points (B, C, ...X) ; ces premier et second moyens émetteur, récepteur (2, 5) étant mis en mouvement synchronisé par des moyens de déplacement (21) coopérant avec les moyens électroniques (40) de manière que les axes d'émission et de réception (E, R) balayent la direction de référence (A), jusqu'à rencontrer le second point (C) au niveau duquel le faisceau (F)est réfléchi ou diffusé vers le second moyen récepteur (5), la position de l'un ou l'autre de ces moyens émetteur récepteur (2, 5) étant alors fonction de la distance D, et cette position étant déterminée à l'aide d'un moyen capteur de position (25). 2. Télémètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second moyen récepteur (5) comporte un second moyen détecteur (30) coopérant avec le premier moyen détecteur (9), pour augmenter la précision avec laquelle les axes d'émission et de réception (E, R) colncident sur le second point (C), dans la détermination de la distance D. 3. Télémètre selon l'une des revendications 1, 2, caractérisé en ce que le mouvement du premier et du second moyen émetteur, récepteur (2, 5) s'éffectue dans un sens inverse l'un de l'autre. 4. Télémètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mouvement du premier et du second moyen emetteur, récepteur (2, 5) consiste en une rotation autour de leur pivot (3, 6,) 5. Télémètre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mouvement du premier et du second moyen émetteur, récepteur (2, 5) consiste en un déplacement rectiligne assuré par un moyen de déplacement (63). 6. Télémètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens électroniques (40) et les moyens de déplacement (21) coopérent pour inverser le sens du déplacement du premier et du second moyen émetteur, récepteur (2, 5) à chaque extrémité de leur course.