Brevet FR2548355A1 — publié le 19850104

1. Système optique d'arpentage à laser L'invention concerne un système optique d'arpentage à laser dans lequel un faisceau laser tourne dans un plan et rencontre une mire graduée. Pour le relèvement ou le contr 8 le des niveaux, on met aujourd'hui en oeuvre, soit des systèmes optiques classiques avec des mires graduées et des appareils à niveau gradué, ou bien également déjà partiellement, des systèmes utilisant comme plan de référence, un faisceau laser tournant à un niveau fixe Comme, dans ces derniers systèmes, le relevé des données de mesures rend également nécessaire le réglage d'un élément détecteur sur la mire graduée, accompagnés de la lecture de la valeur de mesure, ces nou15 veaux systèmes ne peuvent éliminer que partiellement les inconvénients des systèmes classiques comme par exemple, l'importance du temps et du personnel consacrésaux opérations et l'absence de traitements directs des données de mesures. L'invention a en conséquence pour but de créer un système de mesure du type initialement mentionné, grâce auquel un relevé rapide et complètement automatique des données, accompagné d'un traitement des données, soit possible pour un coût relativement réduit. Ce but est atteint, conformément à l'invention, en ce que la mire graduée est munie, sur sa face tournée vers le faisceau laser incident, d'un codage qui, lorsqu'il est 2. balayé par le faisceau laser, est susceptible d'engendrer une succession d'impulsions caractéristiques du niveau. Le codage est prévu de façon telle que des zones de mesures selon la résolution souhaitée, sont définies sur la longueur de la rhire graduée Si pendant le processus de mesure, le faisceau laser rencontre la mire graduée placée verticalement, le signal émis indique la zone d'impact du faisceau laser sur la mire graduée et, simultanément, par exemple le niveau recherché Le signal optique obtenu de façon corres10 pondante au codage, est converti à l'aide de composants optoélectroniques en un signal électrique et il est traité au moyen d'un circuit électronique et affiché Ce circuit électronique peut 8 tre prévu sur la mire graduée ou bien séparément de celle-ci, à laquelle il est par exemple relié par des conducteurs électriques L'affichage s'effectue avantageusement sous forme numérique, avec indication de la distance de la zone d'impact par rapport au pied de la mire graduée. Selon une autre forme de l'invention, il est prévu que la mire graduée est en pratique munie, sur la to20 talité de sa face tournée vers le faisceau laser incident, d'une couche photoélectrique sensible à la lumière laser, et sur laquelle est prévu le codage. Conformément à l'invention, le codage peut être prévu de deux façons D'une part, il peut être prévu 25 que la couche photoélectrique sensible soit munie d'un recouvrement opaque à la lumière, dans lequel sont prévus des ajours transparents à la lumière Le recouvrement opaque à la lumière peut, par exemple, être un film opaque à la lumière ou bien une t 8 le dans lequel ou dans laquelle sont pré30 vus des ajours correspondants au codage La couche photoélectrique sensible peut également recevoir une impression appropriée opaque à la lumière. Il est d'autre part, également possible, conformément à l'invention, de prévoir que la couche sensible à 35 la lumière soit munie de repères opaques à la lumière Ces 3. repères peuvent également être des parties opaques à la lumière qui sont par exemple imprimées, ou bien qui peuvent être collées dans la mesure o il s'agit de films ou d'autres recouvrements Il est également possible de munir la couche photoélectrique sensible d'ajours correspondants au codage. Une variante de l'invention est obtenue lorsque la mire graduée, au lieu de la couche photoélectrique sensible, est munie d'une couche conductrice de la lumière et/ou 10 fluorescente, qui transmet à des photo-détecteurs, les impulsions de lumière reproduisant le codage Dans ce cas, les photo- détecteurs pourraient avantageusement être prévus directement sur la mire graduée Les signaux électriques obtenus sur ces photo-détecteurs, pourraient alors, comme déjà indiqué ci-dessus, être traités et affichés de façon classique. Pour pouvoir renforcer autant que possible le contenu de l'information établi au moyen du codage, il est prévu, selon une autre forme de l'invention, que la couche est subdivisée en direction longitudinale de la mire graduée en accord avec le codage La densité d'informations susceptible d'être obtenue grâce au codage, est ainsi renforcée de sorte que la mire graduée elle-même peut rester étroite et manipulable. Enfin, il peut en outre être prévu, conformément à l'invention, qu'au lieu de la couche photo-électrique sensible, il soit prévu une couche essentiellement orientée et réfléchissante, qui réfléchit les impulsions lumineuses reproduisant le codage vers un photo-détecteur tournant en 30 synchronisme avec le faisceau laser Dans le cas de cette forme de réalisation, la mire graduée conforme à l'invention, est d'une réalisation relativement simple Les signaux reproduisant le codage sont reçus par un photo-détecteur et traités au voisinage de l'émetteur laser Il s'est avéré que 35 notamment dans l'étendue de chantiers relativement limitée 4. spacialement, l'ef Iet directionnel d'une telle couche résistante suffit pour assurer la précision nécessaire des mesures. D'autres détails, particularités et avantages de l'invention, découlent de la description qui va suivre ainsi que des dessins schématiques ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une représentation de principe du mode de fonctionnement d'un système optique d'arpentage à laser conforme à l'invention, la figure 2 est une vue frontale partielle d'une mire graduée du système conforme à l'invention, la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2. Selon la figure 1, un émetteur laser 1 est dis15 posé sur un pied 2 Cet émetteur laser 1 émet un faisceau laser 3 dans une direction horizontale En règle générale, ce faisceau tourne dans le plan horizontal autour d'un axe 4, en étant dévié par l'intermédiaire d'un miroir ou d'un prisme, et rencontre une mire graduée 5. Cette mire graduée 5 est munie sur toute sa longueur d'un codage spécifique des longueurs, qui caractérise différentes zones de mesures, par exemple la zone centimétrique Cette mire est munie sur sa face tournée vers le faisceau laser incident 3, d'une couche photo-électrique 25 sensible 10 qui, de son côté, est munie du codage 6 Lors de la traversée de la mire graduée 5 par le faisceau laser 3, une succession d'impulsions de courant ou de tension correspondant au codage 6, est engendrée dans la couche sensible à la lumière A l'aide d'un circuit électronique simple, les 30 successions respectives d'impulsions peuvent être associées à un niveau déterminé sur la mire graduée, et peuvent ensuite être délivrées, être mémorisées et/ou subir un traitement complémentaire Comme, pour une vitesse de rotation fixe du faisceau laser 3, la fréquence des impulsions dépend de la distance entre l'émetteur laser et la mire graduée, il y a lieu 5. d'erngendrer pour l'électronique, grâce à des repères supplémentaires 11, 12, sur la mire 5, une impulsion de démarrage et une impulsion d'arrêt produites par le f aisceau laser 3. Ces repères 11, 12 peuvent être en même temps, utiliser pour obtenir une évaluation grossière de la distance de l'émetteur laser au point de mesure. Pour éviter des erreurs de mesures, qui pourraient être provoquées par la lumière ambiante, il est recommandé de revêtir la couche sensible à la lumière de la mire graduée avec des filtres, uniquement transparents pour la lumière laser. Une variante du système décrit jusqu'ici, résulte de la possibilité de remplacer la couche sensible à la lumière par une structure conductrice de la lumière. 15 Celle-ci doit transmettre les impulsions de lumière laser obtenues conformément au codage à une de ces extrémités o elles peuvent être converties en impulsions électriques par des photo- détecteurs classiques Des effets correspondants peuvent également être obtenus par l'utilisation de revête20 ments fluorescents qui transmettent la lumière fluorescente produite par le laser à des photo-détecteurs. Selon les besoins, il peut s'agir, soit d'une stracture "conductrice de la lumière" homogène, soit d 'un ensemble approprié de bandes "conductrices de la lumière". 25 Si, dans ce dernier cas, la lumière de chaque bande est détectée par une photodiode distincte, il en résulte la possibilité de balayer le codage 6 par bandes, c'est-à-dire avec une densité d'informations accrue. Une autre variante du système décrit résulte 30 de la possibilité d'utiliser au lieu de la couche sensible à la lumière, des rflecteurs, ou bien un film réflecteur, disponibles dans le commerce sur la mire graduée En les combinant avec un codage rapporté sur eux, par exemple par impression, la combinaison ainsi obtenue donne sur la mire gra35 duée, un patron de zones réflectrices et non réflectrices 6. caractérisant les niveaux Si le r flecteur est constitué de façon telle que la lumière laser incidente est réfléchie dans sa direction d'incidence, comme cela est par exemple connu pour des réflecteurs à prismes, la conversion du si5 gnal optique en un signal électrique peut alors s'effectuer sur l'appareil laser lui-même En effet, à l'aide d'une lentille appropriée ou bien d'un miroir disposé autour du faisceau primaire, les impulsions lumineuses réfléchies peuvent alors 8 tre renvoyées sur un petit photodétecteur disponible 10 dans le commerce, et recevoir un traitement complémentaire par l'électronique branchée à sa suite Le miroir et le photodétecteur doivent alors tourner avec le faisceau laser. Pour éviter des erreurs de mesures dues à la lumière ambiante, le photodétecteur devrait également, dans le cas de 15 cette variante, 8 tre protégé par un filtre approprié. Pour permettre de choisir n'importe quel emplacement de lecture, le signal électrique obtenu à partir du photodétecteur, peut 8 tre réémis par l'intermédiaire d'un simple émetteur et reçu avec un récepteur portable approprié 20 à n'importe quel emplacement du chantier, même notamment sur la mire graduée 5 elle-même Un autre avantage de la variante ainsi décrite du système réside dans le fait qu'il n'est mis en oeuvre que des composants simples, bon marché et disponibles dans le commerce et que la mire graduée 5 elle-même reste 25 relativement insensible aux sollicitations mécaniques. Sur la figure 2 est représentée une vue frontale partielle d'une mire graduée 5 munie d'un codage 6 Lors du balayage par le faisceau laser 3 de la mire graduée 5 à peu près au niveau de la ligne en tirets 7, on obtient à peu près un signal électrique selon la référence 8, qui est caractéristique, par exemple de la hauteur par rapport au pied de la mire graduée 5. La figure 3 est une coupe correspondant à la ligne 3-3 de la figure 2 D'après cette coupe, la mire graduée 35 5 est constituée de la mire proprement dite 9 en un matériau 7. porteur, tel que du bois, de la matière plastique ou du métal. Elle est recouverte d'une couche photo-électrique sensible 10, le codage 6 étant prévu dans l'exemple représenté par des ajours de la couche 10 Ce codage peut être également réalisé en étant par exemple collé ou imprimé sur la couche 10, non interrompue Dans ce cas, les repères de codage 6 sont réalisés en un matériau opaque à la lumière laser Comme couche photo-électrique sensible 10, on peut faire appel par exemple au séléniure de cadmium, au sulfure de cadmium, au silicium 10 amorphe ou bien à une cellule photo voltaïque. La couche 10 est munie de conducteurs électriques (non représentés) par l'intermédiaire desquels les signaux 8 ainsi obtenus sont captés et appliqués à un circuit électrique pour recevoir un traitement complémentaire. Au lieu de la couche photo-électrique sensible , il peut également être prévu une couche 10 conductrice de la lumière ou bien fluorescente Dans ce cas, il est prévu dans les zones de bordure de cette couche 10, des photodétecteurs qui convertissent les impulsions lumineuses obte20 nues en signaux électriques Par ailleurs, le traitement complémentaire s'effectue comme cela a été décrit en corrélation avec les figures 2 et 3. Enfin la couche 10 peut également être une couche réfléchissante Dans ce cas, les impulsions lumineuses 25 réfléchies sont renvoyées sur un photodétecteur disposé au voisinage de l'émetteur laser et tournant avec le faisceau laser 3 Une électronique branchée à la suite traite alors les successions d'impulsions obtenues. Dans chacune des variantes de réalisation dé$ O crites, la précision et la sensibilité de la mesure peuvent être sensiblement augmentées lorsque la couche 10 est munie d'un filtre pour la lumière du jour, de sorte que seule la lumière laser incidente intervient pour la production des signaux Ce filtre peut également être un film disposé sur 35 la couche 10. R E V E N D I C A T I O N S 1. Système optique d'arpentage à laser dans lequel un faisceau laser tourne dans un plan et rencontre une mire graduée, système caractérisé en ce que la mire gra5 duée ( 5) est munie, sur sa face tournée vers le faisceau laser incident, d'un codage ( 6) qui, lorsqu'il est balayé par le faisceau laser, est susceptible d'engendrer une succession d'impulsions caractéristiques du niveau 2. Système selon la revendication 1, caracté10 risé en ce que la mire graduée ( 5) est en pratique munie, sur la totalité de sa face tournée vers le faisceau laser incident ( 3), d'une couche photoélectrique ( 10) sensible à la lumière laser, et sur laquelle est prévu le codage ( 6). 3 Système selon la revendication 2, caracté15 risé en ce que la couche photoélectrique sensible ( 10) est munie d'un recouvrement opaque à la lumière, dans lequel sont prévus des ajours transparents à la lumière. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche ( 10) sensible à la lumière est munie 20 de repères opaques à la lumière. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la mire graduée ( 5), au lieu de la couche photoélectrique sensible ( 10), est munie d'une couche ( 10) conductrice de la lumière et/ou fluorescente, 25 qui transmet à des photo-détecteurs, les impulsions de lumière reproduisant le codage ( 6). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que la couche ( 10) est subdivisée en direction longitudinale de la mire graduée 30 ( 5) en accord avec le codage ( 6). 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, au lieu de la couche photo-électrique sensible ( 10) il est prévu une couche ( 10) essentiellement orientée et réfléchissante, qui réfléchit les impulsions lumineuses reproduisant le codage ( 6) vers un photodétecteur tournant en synchronisme avec le faisceau laser.