Brevet FR2538567A1 — publié le 19840629

DISPOSITIF DE BALAYAGE PHOTO-CLECTRIQUE PAR DEVIATION D'UN RAYON LUMI NEUX, ET APPLICATION A LA DETERMINATION DES COTES MINIMAIES ET MAXIMA LES D'UN CONTOUR. La présente invention concerne les dispositifs de balayage photo-électrique dans lesquels un faisceau lumineux émis par. une source telle qu'un laser de faible puissance est dévié par un miroir mobile de façon à balayer une zone surveillée. Le faisceau lumineux est réfléchi sur lui-même par un réflecteur fixe opposé, et est dirigé sur un récepteur photo-électrique produisant un signal électrioue lorsqu'il reçoit le faisceau lumineux On connais déjà de nombreux dispositifs de ce genre qui fonctionnent en général avec des roues à miroirs ou avec des miroirs oscillants, ainsi qu'avec des miroirs à surface cylindrique paraboliques.Ainsi le brevet français 2 164899 décrit un dispositif de balayage dans lequel le rayon est dévié par un miroir cylindrique de façon à balayer la zone à surveiller en restant parallèle à lui-meme, le faisceau lumineux étant renvoyé sur lui-mêne par un miroir plane Une telle disposition nécessite la réalisation de miroirs de grandes dimensions, ce qui conduit à des réalisations encombrantes et relativement onéreu sesO Cn a proposé également de disposer une rangée de diodes électro-luminescentes, les signaux émis par les diodes étant captés de l'autre côté de la zone à surveiller, le balayage étant obtenu en excitant successivement les diodes les unes après les autres0 Le brevet français 2 135819 décrit une telle réalisation.Ces dispositifs sont également relativement encombrants, car disposés tout le long de la zone à surveiller. Les dispositifs connus de balayage par déviation d'un faisceau lumineux ont été conçus pour détecter la présence ou l'absence dgun objet dans la zone à surveiller. I1 s'agit alors de détecter ltab- sence de lumière pendant une partie de la période de balayage, et cette détection est relativement facile car le signal à détecter a une intensité forte. Le signal lumineux reçu a une intensité forte pendant la plus grande partie du balayage, et une intensité qui diminue au moins partiellement pendant son occultation par l'objet. I1 est facile de détecter cette diminution meme faible du signal reçu. Les demandeurs ont cherché des moyens permettant d'aug- menter de façon générale la sensibilité du dispositif, de façon à détecter non plus l'absence momentanée de signal, mais sa présence momen tanéeO En effet l'un des problèmes posés réside à rechercher sis dans la zone à surveiller, le faisceau lumineux est entièrerent occulté, Un autre objectif des demandeurs était de pouvoir utiliser comme réfleeteur fixe une bande de matière réflectorisante, élément peu onéreux et d'emploi commode, mais produisant une réflection avec un rendement relativement faible, de sorte qu'il était nécessaire d'augmenter sensiblement la sensibilité des dispositifs de réception-du signal lumineux.Ses dispositifs connus ne permettaient pas ces utilisations. Ainsi un objet de la présente invention est de réaliser des dispositifs de balayage photo-électrique présentant une bonne sensibilité de détection de façon à détecter l'absence totale de faisceau lumineux retour0 On détecte ainsi des défauts de dimension faible le long d'un contour de pièce0 Un autre objet de l'invention est de proposer de tels dispositifs ne nécessitant pas la réalisation de miroirs courbes de grandes dimensions0 Un autre objet de l'invention concerne l'application particulière de ces dispositifs à la détermination d'une cote minimale ou maximale utile d'un contour0 En particulier la présente invention fournit des-noyens pour déterminer ae façon automatique et fiable la cote minimale d'arasement d'une pièce de bois pour minimiser les chutes0 Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prevoit dtutiliser unréflecteur fixe- constitué d'une surface en matière réflectorisante ; un miroir fixe percé d'un trou est disposé avec inclinaison entre la source de lumière et le miroir mobile de fa çon que le faisceau émis traverse le trou et que le faisceau renvoyé, réfléchi avec une certaine dispersion par la matière réflectorisante, soit partiellement dévié et dirigé sur le récepteur photo-électriqueO L'utilisation d'un réflecteur en matière réflectorisante nécessite l'uti- lisation d'un faisceau lumineux relativement puissant pour compenser le mauvais rendement de la réflexion0 l'e miroir percé d'un trou évite le couplage optique entre le rayon incident produit par la source et le rayon réfléchi provenant du miroir mobile0 Un tel couplage serait particulièrenent nuisible, surtout avec 11 utilisation d'une source lumi- neuse puissante, et empêcherait la détection d'un faisceau de lumière retour d'intensité faible Ainsi le remplacement du miroir fixe à trou par un miroir semi réfléchissant, technique couramment utilisée pour la réalisation de dispositifs de balayage photo-électrique, conduirait à produire une diffusion non négligeable du faisceau de lumière incidente en direction du.icepteur photo-électrique. La précision du dispositif nécessite l'utilisation dtun faisceau lumineux relativement fin, faisceau qui lors de son retour devrait normalement retraverser le trou du miroir fixez Toutefois, les demandeurs ont pu constater? de maniera assez surprenante, que la matière réflectorisante produit une diffusion suffisante du faisceau lumineux retour pour qu'unie portion non négligeable de ce faisceau frappe le miroir fixe autour du trou et soit ainsi réfléchisen direction du récepteur photo-électrique.On peut ainsi utiliser des portions de bandes réflectorisantes, les déplacer, les modifier pour assurer l'adaptation à l'utilisåtion. Selon une autre caractéristique de l'invention, le miroir fixe comprend un film mince de matière métallisée. Ainsi, il est beaucoup plus facile de réaliser un trou dans le miroir fixe, trou dont la réalisation serait relativement plus compliquée dans un miroir classique à lames de verreo On pourra en particulier utiliser un film de matière plastique recouvert d'une couche d1or, évitant ltoxydation et améliorant le rendement de la réflexion.En outre, la faible épaisseur du film de matière plastique, et par conséquent la faible longueur du trou, réduisent sensiblement les risques de diffusion partielle du faisceau lumineux incident, réduisant ainsi les risques de couplage optique entre le faisceau incident et le faisceau réfléchi0 On pourra également réaliser le miroir mobile par un film mince de matière métallisée, permettant la réalisatlon d1 un miroir particulièrement léger et évitant les problèmes liés à l'inertie mécanique, Selon une autre caractéristique, le miroir mobile est monté oscillant autour taxes de rotation disposés de façon que le faisceau émis frappe le miroir selon une zone dont le centre est fixe0 On évite ainsi le balayage du miroir mobile par le faisceau lumineux, le faisceau frappant le miroir toujours dans la même zone, de sorte que les éventuelles imperfections de surface du miroir ont un effet constant et ne troublent pas la détection de variation faible d'intensité lumineuse du faisceau retour0 Selon une autre caractéristique ae l'invention le dispositif comprend en outre un organe de traitement de signal pour produire un signal de sortie lorsque le récepteur photo-électrique détecte l'absence de rayons lumineux retour pendant une durée supérieure à au moins un temps de balayage complet du faisceau lumineux.On obtient ainsi un signal lorsque on est certain que le faisceau lumineux est occulté pendant tout son trajets En particulier, l'Invention permet ainsi la réalisation d'un dispositif pour la détermination d'une cote minimale ou maximale d'un contour de pièce, par exemple d'un contour rectiligne On dispose pour cela un support de pièces et au moins un dispositif de balayage photo-électrique selon la présente inventons le réflecteur étant disposé sur le support de pièces, et le miroir mobile étant disposé audessus et animé d'un mouvement faisant décrire au faisceau lumineux une surface s appuyant sur le contour à tester. Par déplacement progres- sif de la pièce perpendiculairenent au plan moyen de balayage du faisceau lumineux, on détecte tout d'abord la cote maximale du contour de la pièce lorsque le récepteur photo électrique indique un début dloccul- tation du faisceau lumineux, et on détecte ensuite la cote minimale du contour lorsque l'organe de traitement de signal produit un signal de sortie indiquant que le faisceau est entièrement occulté. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 représente schématiquement une vue de face du dispositif de balayage -la figure 2 représente une vue schématique de dessus du même dispositif ; -la figure 3 représente un schéma fonctionnel de l'organe de traitement de signal - la figure 4 représente le schéma électrique de réalisation de l'orga- ne de traitement du signal ; et - la figure 5 représente des formes d'ondes du signal en différents points de l'organe de traitement du signal. Comme le représentent les figures 1 et 2, le dispositif comprend une source lumineuse 1 par exemple un laser de faible puissance, produisant un faisceau lumineux incident fin 20 Le faisceau lumineux 2 traverse un trou 3 ménagé dans un miroir fixe 4 incliné par rapport au faisceau incident 20 Le diamètre du trou 3 est légèrement supérieur à la dimension transversale du faisceau 2, de sorte que le faisceau traverse le miroir fixe sans toucher les bords du trou Un miroir nobile 5 dévie le faisceau incident 2 en direction dune surface en matière réflectorisante 6 disposée de l'autre côté de la zone à surveiller 70 la surface réflectorisante 6 réfléchit le faisceau incident sur lui- mêmes le faisceau réfléchi étant à nouveau dévié par le miroir mobile 5 en direction du miroir fixe 40 La surface réflectorisante 6 produit une légère dispersion du faisceau lumineux, de sorte que le faisceau lumineux réfléchi est relativement plus large que lé trou 3 du miroir fixe 4. Le miroir fixe 4 dévie une partie du faisceau lumineux réfléchi et la dirige vers un récepteur photo-électrique 8, par exemple un phototransistor. Le miroir mobile 5, sur le mode de réalisation représenté sur les figures, est animé d'un mouvement d'oscillation en rotation autour d'un axe transversal 9 couplant le faisceau incident 2 au voisinage de son centre. ainsi, le centre de la zone de réflexion du faisceau incident 2 sur le @iroir 5 est fi@@. la déviation produite par le miroir mobile est choisie de façon à balayer toute la longueur de le surface réflectorisante oc On choisira par exemple un angle de déviation de soixante degrés, correspondant à une amplitude d'oscillations du miroir mobile 5 de trente degrés0 le miroir mobile 5 est entraîné en rotation par exemple par une came 10 actionnée par un moteur 11. Le miroir fixe 4 peut etre incliné par exemple de quarante cinq degrés, produisant une déviation de quatre vingt dix degrés du faisceau lumineux réfléchio Cet angle n'est toutefois pas indispen- sable, et d'autres valeurs pourront être jugées coevenables Le miroir 4 doit etre relativement mince, pour éviter la diffusion du faisceau incident 2. Pour cela, on pourra utiliser un film de matière plastique recouvert d'une mince couche de métal tel que l1oro Le miroir mobile 5 pourra également être utilisé selon la meme technique, comprenant un film de matière plastique recouvert d'or. On réalise ainsi un miroir léger et présentant de bonnes qualités de réflexion. Comme le représentent les figures 1 et 2, le dispositif est associé à tui plan support 12, supportant la surface réflectorisarte 6, et sur leque on dispose la pièce z contrôler 13. b faisceau lumi- neux est destiné à parcourir le contour de la pièce 13 que l'on veut contrôlera Dans le . ode de réalisation représenté sur les figures, on veut contrôler un contour rectiligne, comme le représente la figure 20 Un organe à'actionnem.ent 14 tel qu'un pousseur mécanique sollicité par des vérins, assure le déplacement de la pièce 13 sur le plan support 12 selon une direction sensiblement perpendiculaire à la surface moyenne de balayage du faisceau lumineux Le faisceau lumineux matérialise le contour 15 de la pièce 13 à contrôler qui occulte le faisceau lumineux, la pièce 13 étant disposée- entre la source lumineuse et la sur face réflectorisante 6. Selon une application particulière de 12 présente in Invention, on réalise un dispositif permettant de matérialiser et de déterminer la cote minimale d'arasement d'une pièce de bois 130 On a représenté sur la figure 2 une pièce de bois 13 présentant une face avant 16 non plane qu'il s'agit de rectifier. le but. poursuivi est de rectifier cette face en minimisant au maximum les chutes inutiles de matière0 Pour cela, organe d'actionnement 14 entraine progressivement la pièce 13 er. direction de la surface balayée par le faisceau incident, comme le représente la flèche 170 Lorsque la pièce 13 atteint la zone balayée par le faisceau, le récepteur photo-électrique 8 émet un signal électrique envoyé sur un organe de traitement de signal 18 représenté sur la figure 1 L'organe de traitement de signal 18 produit un signal sur sa borne de sortie 19 lorsque le signal fourni par le récepteur photo-électrique est nul pendant une durée supérieure à un temps prédéterminé L'Le signal nul fourni par le récèpteur photo-électrique indique qu'aucun rayon lumineux n'est réfléchi, et qu'en conséquence la pièce 13 occulte totalement le rayon lumineux. On arrête alors l'organe d'actionnement 14, et l'on peut effectuer la découpe de la pièce 13 au moyen d'une scie 20 disposée pour parcourir le contour 150 On a représenté schématiquement sur la figure 3 un schéma fonctionnel de l'organe de traitement de signal 180 Le récepteur photo-électrique 8 est connecté à la borne d'entrée d'un circuit de mise en forme 21 dont la borne de sortie est connectée d'une part à la borne de remise à zéro 22 d'une bascule bistable 23tet d'autre part à la borne d'entrée de remise à un 24 de la bascule 23 par l'intermédiaire d'un moyen de temporisation 250 La borne de sortie de la bascule 23 est la borne de sortie 19 de L'organe de traitement de signal le fonction nement du dispositif est le suivant . lorsqu'un signal lumineux est reçu par le récepteur photo-électrique 8, le récepteur émet un signal élee- trique, mis en forme par le circuit 21, et envoyé sur-la borne de remise à zéro 22 de la bascule 23, de sorte qu'aucun signal n'est transmis sur la borne de sortie 190 le moyen de temporisation 25 est également remis à zéro. Lorsqu'aucun signal n1 est capté par le récepteur pho- to-électrique 8, le moyen de temporisation 25 envoie sur la bascule 23 un signal de remise à un au bout d1un temps prédéterminé L'Un signal de sortie est ainsi présent sur la borne 19 au bout du temps prédéterminé.On choisira de préférence, pour la réalisation du dispositif d'arasement décrit précédemment, un temps prédéterminé supérieur au temps de balayageTcomplet du contour 15 par le faisceau lumineux. On pourra par exemple choisir un temps de temporisation égal au double du temps de balayage0 le signal présent sur la borne 22 permet de déterminer l'instant où la pièce 13 commence à atteindre la zone balayée par le faisceau lumineux, tandis que le signal présent sur la borne 19 permet de déterminer l'instant où tout le faisceau est occulté par la pièce 13, de sorte que l'on peut définir d1une part la cote maximale et d'autre part la cote minimale du contour réel de la pièce 13o On a représenté sur la figure 4 un schéma électrique de réalisation de l'organe de traitement du signalo Ce mode de réali- sation est adapté pour permettre la détection de signaux lumineux retour faibles, comme ctest le cas avec une utilisation d'une bande en matière réflectorisante0 Te photo-transistor 8 est connecté à la borne d'entrée non inverseuse dVun amplificateur à gain réglable 26 dont la borne de sortie est connectée à la borne d'entrée non inverseuse d'un comparateur 270 L'amplificateur 26 et le comparateur 27 réalisent la mise en forme du signale La borne de sortie de l'amplificateur 27 est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance 28, à la base d'un transistor NENr 29 de remise à zéro dont le collecteur est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance faible 30, à une première borne d'un condensateur 31 dont l'autre borne est connectée à la masse. L'émetteur du transistor 29 est connecté à la masse, et sa base est également connectée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 320 La première borne du condensateur 31 est en outre connectée d'une part à lValimentation positive par l'intermédiaire dVune résistance 33, et d'autre part à l'entrée non inverseuse d'un comparateur 34 dont la bor- ne de sortie est la borne de sortie 19 de l'organe de traitement de signal. Le fonctionnement de ce dircuit est le suivant, illustré par la figure 50 Ire diagramme 5a illustre une forme d'onde rele vée sur la bonze de sortie du photo-transistor 8 lorsque le balayage du faisceau lumineux est partiellement obturé par la pièce 13, par exemple pendant les fractions de période 35 et 360 i diagramme 5b représente la Uension aux bornes du condensateur 31o Pendant la récep- tion d'un signal lumineux, le condensateur a une tension pratiquement nulle étant déchargé par le transistor 29.Dès la fin de réception d'un signal lumineux, le condensateur se charge progressivement à travers la résistance 330 Après la réception du signal lumineux pendant la période 369 aucun signal lumineux n'est reçu etD au bout d'un temps prédéterminé T' 9 la tension aux bornes du condensateur atteint la va leur prédéterminée de basculement du comparateur 34 qui produit alors sur sa borne de sortie 19 un signal9 représenté sur le diagramme 5c, indiquant que le faisceau lumineux est totalement occulté o Avec le dispositif de la présente invention9 il est également possible de contrôler un contour discontinu. Pour cela, on peut par exemple interposer sur le trajet du faisceau lumineux un mas que 37, par exemple disposé au voisinage du miroir mobile9 - ou directe ment contre la surface réflectorisante 60 Le masque 37 e#êche, dans certaines zones, toute réflexion du faisceau lumineux, neutralisant l'influence de la surface réflectorisante 6 dans ces zones. On peut également réaliser un dispositif entièrement automatique, en couplant 19 organe d'actionnement 14 avec la borne de sortie 19 de l'organe de traitement de signal On peut ainsi produire automatiquement l'arrêt de la pièce 13 dès qu'un signal est présent sur la borne 19, et commandant le fonctionnement de la scie 20 soit par dé- placement de la scie en direction de la pièce 13, soit par déplacement de la pièce 13 en direction de la scie 200 Le dispositif de balayage selon la présente invention permet de détecter des défauts de dimensions réduites sur le contour 15c Ainsi, sur une longueur de deux mètres environ de la pièce 13, il est possible de détecter des entailles d'une épaisseur inférieure au millimètre. Pour contrôler des contours 15 sur une épaisseur non négligeable, on pourra disposer plusieurs dispositifs de balayage ou balayer selon un volume, de façon à produire des faisceaux lumineux inclinés par rapport au sens de déplacement 17 de la pièce 13o La pressente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrit, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de balayage photo-électrique, dans lequel un faisceau lumineux (2) émis par une source (1) telle qu'un laser de faible puissance est dévié par un miroir mobile (7) de façon à balayer une zone surveillée (7),- est réfléchi sur lui-même par un réflecteur fixe (6) opposé et est dirigé sur un récepteur photo-electrique (8) produisant un signal électrique lorsqu'il reçoit le faisceau lumineux, caractérisé en ce que le réflecteur fi:: (6) est une surface en matière réflectorisante et en ce qu'un miroir fixe (4) percé d'un trou (3) est disposé avec inclinaison entre la source (1) et Le miroir mobile (5) de façon que le faisceau émis (2) traverse le trou et que le faisceau renvoyé, réfléchi avec une certaine dispersion par la matière réflec- torisante (6), soit partiellement dévié et dirigé sur le récepteur photo-électrique (8). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir fixe (4) comprend un film mince e matière métallisée. 3 - Dispositif selon l1une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le miroir mobile (5) comprend également un film mince en matière métallisée. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le miroir mobile (5) est momté oscillant autour d'axes de rotation disposés de façon que le rayon émis frappe le miroir selon une zone dont le centre est fixe0 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe de traitement de signal (18), connecté au récepteur photo-électrique (8) pour produire un signal de sortie lorsque le signal fourni par le récepteur photo-électrique est nul pendant une durée supérieure à au moins un temps de balayage complet par oscillation ou miroir (5) sous l'action dun organe moteur (11). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de traitement de signal (18) comprend un circuit de mise en forme (21), dont l'entrée est connectée au récepteur photo- électrique (8), dont la sortie est connectée d'une part à une entrée de remise à zéro (22) d'une bascule bistable (23) et d'autre part à l'entrée d'un moyen ae temporisation (25) dont la sortie est connectée à l'entrée de remise à un (24) de la bascule bistable (23). 7 - Dispositif pour la détermination d'une cote minimale ou maximale dVun contour de pièce (13)9 par exemple d'un contour rec- tiligne V caractérisé en (se qu'il comprend un support de pièces (12) et au moins un dispositif de balayage photo-électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le réflecteur (6) étant disposé sur le support ae pièces (12), et le miroir nobile (5) étant disposé au-dessus et animé dsun mouvement faisant décrire au faisceau lumineux une surface s1 appuyant sur le contour (15) à tester. 8 - Dispositif selon la revendication 79 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d9actionnement (14) pour assurer le déplacement relatif de la pièce perpendiculairement au plan moyen de balayage du faisceau lumineux, et des moyens pour repérer la position de la pièce à l'instant de début d'émission dgun signal de sortie par 1V organe de traitement du signal (18)9 ou à l'instant de début d'inter- ruption du signal fourni par le circuit de mise en forme (21). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caracterisé en ce quVîl comprend en outre un masque (37) interposé sur le trajet du faisceau entre le miroir mobile (5) et le réflecteur (6) pour occulter partiellement le faisceau lumineux. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 99 caractérisé en ee qu'il comprend en outre des moyens pour produire l'arrêt de la pièce dès réception du signal de sortie de l'organe de traitement du signal (18), de sorte que le faisceau lumineux matéria- lise sur la pièce le contour (15) cherché et que la pièce reste en position d'usinage.