Brevet FR2533035A1 — publié le 19840316

Appareil d'exploration électro-optique. La présente invention concerne d'une manière générale les dispositifs optiques et électro-optiques, et p.lus particulièrement un appareil d'exploration électro- optique perfectionné. Divers types d'appareils d'exploration électro- optiques sont connus, et sont incorporés dans une -vaste gamme d'appareils En général, l'appareil d'exploration comprend une source lumineuse qui éclaire directement une surface destinée à être explorée, et une caméra destinée à capter les caractéristiques visibles de la surface La caméra et la source lumineuse peuvent toutes deux être montées sur un support mobile qui peut se translater en association avec l'exploration d'une surface Selon une variante, la caméra peut rester fixe et la surface peut être translatée par rapport à celle-ci Selon une autre variante, la caméra et la surface explorée restent toutes les deux fixes, et l'ex- ploration n'a lieu que dans l'espace temps. Normalement, les appareils d'exploration du type décrit ci-dessus utilisent une source lumineuse d'une très grande intensité afin d'obtenir un rapport signal sur bruit acceptable à la sortie de la caméra: L'utilisation d'une telle source lumineuse -de grande intensité implique un certain nombre de difficultés * une grande quantité de cha- leur est engendrée tandis que, simultanément, l'intensité élevée de la source lumineuse nécessite un masquage pratique- ment intégral, afin d'éviter qu'un opérateur soit blessé. Ainsi des systèmes de refroidissement à air forcé doivent être prévus en association avec la source lumineuse. Secondement, l'intensité élevée de l'éclairage tend à produire des ombres sur la surface explorée, en - conséquence des irrégularités de surface qu'elle présente, ce qui a pour conséquence des sorties d'exploration incorrectes Troisièmement, la grande quantité de chaleur engendrée par la source lumineuse peut engendrer des distor- sions sur la surface explorée, et peut même endommager la surface Les problèmes ci-dessus sont particulièrement significatifs lorsqu'une caméra telle qu'une caméra à transfert de charges est utilisée, car pallier ceuxci limite le fonctionnement de la caméra et ne permet pas l'exploita- tion de toute la gamme dynamique de la caméra En conséquence, un circuit de traitement du signal complexe et onéreux est nécessaire à la sortie de la caméra, à des fins de compensa- tion. La présente invention vise à pallier les inconvé- nients des appareils d'exploration de l'art antérieur tels que décrits ci-dessus, et à proposer un appareil d'explora- tion qui soit plus économique et plus facile à utiliser que les appareils connus de ce type. A cet effet, une forme de réalisation préférée de la présente invention concerne un appareil d'exploration comprenant un support, une source lumineuse montée sur le support, une caméra montée sur le support et agencée pour observer une surface de pièce destinée à être explorée, et un guide d'ondes optique, disposé de manière à recevoir la lumière de la source lumineuse, et destiné à diriger la lumière vers la surface de la pièce, le guide d'ondes opti- que étant agencé pour fournir un éclairage diffus uniforme et homogène de la surface de la pièce, pour ainsi éviter l'apparition d'ombres sur celle-ci. De plus, selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, un appareil de masquage optique à sélection de longueur d'onde est prévu en association avec la source lumineuse pour permettre la transmission à travers celui-ci des rayonnements du spectre non-visible, pour refroidir la source lumineuse et pour réfléchir les rayonne- nements du spectre visible sur le guide d-'ondes optique. Selon une autre forme de réalisation de l'inven- tion, un filtre peut-étre intercalé entre la source lumineuse et le guide d'ondes optique. Selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, le guide d'ondes optique peut comprendre un morceau rectangulaire de verre ordinaire, dont l'extrémité adjacente à la surface de la pièce est dépolie, afin de four- nir une sortie à diffusion directionnelle De plus, selon une forme de réalisation préférée de la présente invention,-la largeur du guide d'ondes et la séparation entre sa surface d'extrémité dépolie et la surface de la pièce sont choisies de manière qu'un triangle défini par les bords latéraux de la pièce et la surface de la pièce présente un angle compris entre 30 et 40 degrés en son sommet en contact avec la surface de la pièce Cette condition assure que, dans la forme de réalisation expérimentée, aucun ombrage de la surface de la pièce ne soit engendré. En outre, selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, la caméra est une caméra à transfert de charges à balayage linéaire. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence aux-dessins annexés, sur lesquels les figures l A et 1 B sont des première et seconde- vues de côté mutuellement perpendiculaires d'un appareil d'exploration conçu et fonctionnant selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; et les figures 2 A et 2 B sont respectivement des vues de face et de côté du guide d'ondes optique faisant partie de l'appareil de la figure 1. En référence aux figures l A, 1 B, 2 A et 2 B est illis- tré un appareil d'exploration conçu et fonctionnant selon une forme de réalisation préférée de la présente invention. La figure 1 illustre d'une manière générale un appareil d'exploration conçu et fonctionnant selon une forme de réali- sation préférée de la présente invention, et comprenant une caméra 10, de préférence une caméra à transfert de charges telle que le modèle CCD 1200 R fabriqué par Fairchild, U S A, et un ensemble d'éclairage 12 monté sur un'ensemble de montage 14 Un support 16 pour pièce usinée est monté sur un appareil de translation 18, agencé pour se déplacer axiale- ment, tandis que l'ensemble de montage 14 est monté de-façon similaire sur un appareil de translation 20 agencé pour se déplacer le long d'un axe perpendiculaire à l'axe de déplace- ment de l'appareil de translation 18 On notera que la figure 1 B ne représente ni la caméra 10, ni l'ensemble d'éclairage 12, mais seulement l'ensemble de montage 14 de ceux-ci. L'ensemble d'éclairage 12 est illustré en détail sur les figures 2 A et 2 B, et comprend une source lumineuse d'intensité élevée, telle qu'une lampe incandescente àh-alogỉe 22, qui est disposée dans un carter 24 partiellement ouvert. A l'arrière de la lampe 22 est dispose un réflecteur 26 à sélection de longueur d'onde, de construction conventionnelle, comprenant un revêtement de verre et disponible chez Ophir Optica Ltd, Jérusalem, Israël Ce réflecteur est agencé pour pouvoir être traversé par des rayonnements situés à l'exté- rieur du spectre visible, et pour réfléchir la lumière située dans le spectre visible. Un guide d'ondes optique 28 est disposé espacé de la lampe 22 du côté de celle-ci opppsé au réflecteur 26, et comprend typiquement une plaquette rectangulaire de verre ordinaire ou de toute matière plastique appropriée, telle que le Perspex L'épaisseur de la plaquette est typiquement de 11 mm, et sa largeur est équivalente à la largeur de la lampe t spécifiquement utilisée. La surface supérieure 30 du guide d'ondes 28 est lisse et est normalement espacée d'environ 20 mm de la lampe 22 La surface inférieure 32 du guide d'ondes est normalement dépolie, selon une forme de réalisation préférée de l'inven- tion, afin de fournir en sortie une lumière de diffusion directionnelle d'intensité élevée à la surface de la pièce usinée, de manière à éliminer les ombres sur celle-ci La surface 32 est normalement espacée d'environ 10 mm de la surface de la pièce usinée et est inclinée par rapport à celle-ci d'un angle typique de 25 degrés. Un aménagement particulier de la forme de réali- sation préférée réside dans le fait qu'un triangle imaginaire 34 défini entre les deux surfaces latérales du guide d'ondes et la surface de la pièce usinée, comme le montre la figure 2 A, présente un angle au sommet compris entre 30 et 40 degrés. Cet aménagement particulier est également important pour empêcher l'apparition d'ombres sur la surface de la pièce usinée, sans sacrifier à l'intensité lumineuse. L'homme de l'art notera que la structure de l'en- semble d'éclairage décrite ci-dessus présente un certain nombre d'avantages importants Il procure un degré élevé de concentration de lumière sur une surface localisée, avec une diffusion directionnelle de manière à éliminer les ombres. Il évite de faire appel à un appareil de ventilation onéreux et complexe car il permet la sortie des rayonnements du spectre non-visible Il permet l'exploitation de toute la gamme dynamique dé la caméra à transfert de charges, et évite ainsi de faire appel au circuit de traitement du signal onéreux et complexe qui serait autrement-nécessaire. L'homme de l'art notera que la présente invention n'est pas limitée à l'illustration et à la description spécifique ci-dessus. REVENDICATIONS 1 Appareil d'exploration, caractérisé en ce qu'il comprend: un support ( 14) une source lumineuse ( 22) montée sur le support une caméra ( 10) montée sur le support et agencée pour observer une surface de pièce destinée à etre explorée; et un guide d'ondes optique ( 28) disposé de manière à recevoir la lumière de la source lumineuse, et destiné à diriger la lumière vers la surface de la pièce, le guide d'ondes optique étant agencé pour fournir un éclairage diffu- sé, de préférence uniforme et homogène, de la surface de la pièce, pour ainsi éviter l'apparition d'ombres sur celle-ci. 2 Appareil d'exploration selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 18, 20) pour permettre un déplacement relatif entre la caméra ( 10) et la surface de la pièce le long d'au moins un a;ue. 3 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de masquage ( 24) à sélection de longueur d'onde asso- ciés à ladite source lumineuse ( 22) pour pouvoir être traver- sés par les rayonnements situés dans le spectre non visible, pour refroidir la source lumineuse et pour réfléchir les rayonnements situés dans le spectre visible sur le guide d'ondes optique ( 28). 4 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage intercalés entre la source lumineuse ( 22) et le guide d'ondes optique ( 28), destinés à éliminer les rayonnements infra-rouges situés à l'extérieur du spectre visible. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique comprend une plaquette rectangulaire ( 28) d'un matériau optiquement transparent. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique ( 28) présente des moyens pour diffuser -la lumière à sa sortie. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique ( 28) présente une surface dépolie ( 30) à sa surface de sortie de lumièoe adjaoente à la pièce. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique est configuré et disposé par rapport à la pièce de manière à définir un angle compris entre 30 et 40 degrés entre les lignes imaginaires reliant la surface de la pièce et les deux surfaces latérales du guide d'ondes ( 28). 9 Dispositif d"éclairage comportant une source lumineuse ( 22) et un guide d'ondes optique ( 28) propre à équiper un appareil d'exploration selon l'une quelconque des revendications précédentes.