Brevet FR2535451A1 — publié le 19840504

APPAREIL DE MESURE PAR TRIANGULATION OPTIQUE POUR DETERMINER LA POSITION ET RELEVER LE PROFIL D'UN OBJET. La présente invention a pour objet un appareil de mesure par triangulation optique et vise plus particulierement un appareil utilisant un.tri an-gleparållactique dont les angles sont variables et. dont la base de longueur fixe est liée à l'appareil. Le développement des opérations de manipulation d'inspection ou de transformation automatisées, appliquées au domaine industriel nécessite l'emploi de capteurs ou de moyens d'identification capables de fournir aux robots des informations nombreuses et précises sur l'environnement dans lequel ils évoluent. Un des buts de la présente invention est de proposer un appareil qui permette de déterminer l:t position dans l'espace d'un objet et d'en relever le profil en vue de son analyse par es techniques de la reconnaissance des formes. Dans ce but l'inveution propose un appareil de mesure par triangulation optique pour détenminer la position et relever le profil d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens démission d'un faisceau en direction de la surface de objet, des moyens prévus pour faire pivoter ledit faisceau dans un plan afin d'effeetuer unbalayagede la surface de objet par ledit faisceau incident, des moyens de détection munis d'un collimateur susceptible de détecter le rayonnement incident diffusé par la surface de l'objet le long d'un axe de détection situé dans ledit plan de balayage, et des moyens prévus pour faire pivoter ledit axe théorique de détection dans ledit plan de balayage, lesdits moyens d'émission du faisceau incident et lesdits moyens de détection définissant une base de longueur fixe dans ledit appareil, les angles de pivotement respectifs dudit faisceau incident et dudit axe théorique de détection constituant les angles variables du triangle parallactique de mesure. On décrira maintenant l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant le principe de fonctionnement de l'appareil objet de la présente invention - la figure 2 est une vue en perspective représentant un mode de réalisation de l'appareil de mesure réalisé conformément aux enseignements de la présente invention et l'implantation de ce dernier au voisinage d'un ensemble d'objets dont l'on désire identifier le profil. - la figure 3 est une vue en coupe selon un plan horizontal parallèle à la base de l'appareil ; et - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de.la figure 30 On a représenté à la figure 2 un appareil de mesure 10 de forme géné- rale parallélépipédique dont la base 12 repose sur un bâti 14. Dans lfap plicationillustrée à la figure 2, l'appareil de mesure 10 est utilisé pour déterminer la posit.ion et relever le profil d'objets 16 de formes diverses qui sont posés sur des palettes 18. L'appareil de mesure 10 tel qu'il est représenté à la figure 2, et plus en détails aux figures 3. et 4 comprend un boitier en tôle 22 et sur sa face latérale avant de deux fenêtres en verre 24 et 26. La base 12 de l'appareil de mesure 10 est munie de deux poignées 28 et 30 qui permettent une manipulation plus aisée de l'appareil 10. Conformément à la presente invention, l'appareil de mesure 10 comprend dss moyens d'émission d'un faisceau incident constitués par une source de lumière cohérente spatiale 32 fixée sur le chassis inférieur de l'appareil 10. Dans le mode de réalisation représenté, la source de lumière cohérente 32 est constituée par un laser, dont on peut voir le bloc d'alimentation 34 à la figure 4. Le laser 32 émet un faisceau incident 36 en direction de moyens prévus pour faire pivoter le faisceau 36 dans un plan, parallèle au plan de la base de l'appareil de mesure 10 afin d'effectuer un balayage de la surface de l'objet ou des objet dont on désire relever le profil. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens prévus pour faire pivoter le faisceau incident 36 sont constitués par un mir.oir tournant à facettes multiples 38 suceptible de pivoter autour de son axe vertical 1 autour duquel il est entrainé en rotation par un moteur électrique 40. Appareil de mesure 10 comporte également des moyens de détection 42 muni d'un collimateur 44 suceptible de détecter le rayonnement incident difusé par la surface de l'objet exploité le long dtun axe théorique de détection 46. Le détecteur 42 et son collimateur 46 sont disposés dans le boitier 12 de façon que l'axe théorique de détection 46 soit situé dans le plan de balayage du rayon incident 36.L'appareil 12 comporte également des moyens prévus pour faire pivoter ledit axe théorique de détection 46 dans le plan de balayage du rayon incident 36, d'une façon qui sera décrite plus avant, ces moyens étant constitués par un second miroir tournant 48 à facette unique et dont l'axe de rotation 02 est parallèle à l'axe Oî du miroir 38 et est lui-même entrainé en rotation par un second moteur électrique 50 muni d'un moto-réducteur 520 L'appareil de mesure 10 comporte en outre au voisinage du miroir tournant 38 deux miroirs fixes 50 et 52 permettant de provoquer la réflexion du faisceau incident en direction de deux détecteurs de début.et de fin de course du balayage incident,54 et 56 respectivement. D'autre part1 l'appareil 10 comporte une seconde source de lumière 60 permettant d'ver mettre un rayon lumineux 62 szn-direction du second miroir 48 afin de vérifier le fonctionnement du détecteur 42 et initialise angle de pivotement du second miroir 480 On décrira maintenant le principe da fonctionnement de l'appareil de me sure 10 en de référant au schéma de la figure 1 sur lequel on été représentés de manière simplifiée les principaux éléments de l'appareil L'appareil de mesure 10 fonctionne sur le principe de la triangulation La source de lumière cohérente spatiale 32 émet un faisceau incident 36 sur un premier miroir tournant 38 qui provoque un balayage dans le plan de la figure 1 du faisceau incident 36 en direction de la pièce P dont on désire relever le profil A un instant donné, une partie de la lumière attei gnante la pièce P en un point d'impact I est diffusée par la surface de la pièce en ce point Le rayonnement. incident diffusé est recueilli par le détecteur 42 muni du collimateur 44 Le collimateur 44 et l'axe théorique de détection 46 sont braqués en direction du second miroir tournant 48 dont la rotation autour de son axe 02 provoque un balayage de l'axe théorique de détection 46 dans le plan de balayage du faisceau incident 36. Lorsque le détecteur 42 reçoit de la lumière, il génère une impulsion électrique qui est alors enregistré par un système informatique convenable.non représenté.A ltins- tant même de cette impulsion on mesure premièrement l'angle "a" et l'angle "b" qui sont indiqués à la figure 1, ces valeurs des angles "a" et "blt constituent les valeurs des angles variables du triangle parallactique que l'on utilise dans le principe de triangulation. Les mesures des angles "a", et "b" peuvent se faire de multiples façon : par exemple, par un codeur optique, par la mesure de temps si les vitesses de rotation des moteurs d'entrainement des miroirs tournants sont connues, par comptage des ilnplusions si les miroirs dont actionnés par des moteurs pas à pas etc. De meme on peut faire varier les vitesses angulaires de rotation des miroirs dans de très larges proportions sans que le principe de la mesure soit affecté. Connaissant les angles "a" et "b" ainsi que la distance. "1" s'éparant les axes 1 et 02 de rotation des miroirs 38 et 48, c'est à dire la distance définissant la base de longueur fixe-de la triangulation liée à la géométrie de l'appreil de mesure, on peut calculer aisément les coordonnéesdupoint I au moyens des formules suivantes :: 1 = O1O2 r = IO2 1 sin (b) r sin (a+b) x = r cos (a) Y = r sin (b) En faisant varier simultanément les angles "a" et "b" on peut établir une cartographie de ltensemble des point du profil extérieur de la surface de la pièce qui peuvent être simultanément éclairés à partir du point théorique Oî et vus du point théorique 02 Les points dont on peut ainsi relever les coordonnées sont essentiellement les points sail lants de la pièce et ces informations sont le plus souvent suffisantes pour identifier le profil de la pièce et localiser la position de la pièce par rapport à l'appareil de mesure 10. Danslemodederéalisation représenté, le premier miroir tournant 38 tourne à une vitesse angulaire V constante et le second miroir tournant 48 est actionné par un moteur pas à pas à une vitesse angulaire "v" nettement inférieure à V, cette hypothèse n'est en aucun cas limitative du fonctionnement de llappareils l'homme de étant n'ayant aucune difficulté à adapter les organigrammes d'analyse des mesures effectuées aux autres modes defonctionnement du dispositif.La seconde- source de lumière 60 sert à initialiserle compteur de position du moteur pas à pas qui entraine le second miroir 48 tandis que le détecteur 54 sert à initialiser le chronomètre qui permet de repérer l'angle "a"O Le chronomètre est déclenché lorsque le faisceau incident réfléchit sur le miroir 38 atteint le détecteur 54 et est arrêté lorsque le détecteur 42 reçoit la lumière diffusée par la pièce P au point d'impact I. On a prévu à la figure 1 un détecteur optionnel 64. Ce détecteur analyse la lumière rétrodiffusée au point d'impact I Le détecteur 64 à son utilité lorsque la pièce P comporte de nombreuses chicanes, auquel cas pour de nombreuses valeurs de l'angle 'tb" le détecteur 42 ne recevrait pas de signal, leapp2reil.exploiterait alors z la fois les informations des trois détecteurs 42, 54 et 62.L'appareil qui vient d'être décrit se prête à de nombreuses variantes On peut par exemple prévoir de maintenir l'angle "btt constant par exemple 90 , l'appareil de mesure servant alors à relever la présence d'un objet dans une direction donnée ; on peut également auxfins d'exploration translater l'appareil de mesure 10 ou en faire tourner l'ensemble autour de lùi-meme. Les dimensions générales de l'appareil, et en particulier la longueur "1" de la base fixe de triangulation peuvent être trèsvariables;dans une version miniaturisée la source.32 et le détecteur 42 peuvent être remplacés par des fibres optiques, un tel système étant utilisable par exemple pour le contr8le d'un joint en opération de soudage continu ou pour le con trêle dimensionnel de pièces. REVENDICATIONS. 1. Appareil de mesure par triangulation optique pour déterminer la position et relever le profil d'un objet, caractérisé en qu'il comprend des moyens d'émission (32) d'un faisceau incident (36) en direction de la surface de l'objet, des moyens (38) prévus pour faire pivoter ledit faisceau (36) dans un plan afin d'effectuer un balayage de la surface de l'objet par ledit faisceau incident, des moyens de détection (42) munis d'un collimateur (44) susceptible de détecter le rayonnement incident diffusé par la surface de l'objet (1) le long d'un axe théorique de détection (46) situé dans ledit plan de balayage et des moyens (48) prévus pour faire pivoter ledit axe théorique de détection dans ledit plan de balayage, lesdits moyens d'émission du faisceau incident et lesdits moyens de détection définissant une base de longueur fixe dans ledit appareil, les angles de pivotement respectifs dudit faisceau incident et dudit axe théorique de détection constituant les angles variables (a,b) du triangle parallactique de mesure. 20 Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission sont constitués par une source de lumière cohérente spatiale fixée sur le châssis de l'appareil, lesdits moyens prévus pour faire pivoter ledit faisceau étant constitués par un premier miroir tournant dont I.o rotation est commandée. 3. Appareil de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection sont constitués par un détecteur muni d'un collimateur fixé au bâti de l'appareil dans une position d.'înissant ledit axe théorique de détection, lesdits moyens prévus pour faire pivoter ledit axe théorique de détection étant constitués par un second miroir tournant dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe de rotation dudit premier miroir tournant.