Brevet FR2572191A1 — publié le 19860425

À 1 9À Dispositif de localisation et de repérage d'un objet lumineux" La présente invention concerne un dispositif destiné à la localisation et au repérage d'un objet lumineux,et qui comporte un dispositif optique de formation d'une image de l'objet lumineux à localiser et un capteur de la positon de ladite image par rapport à l'axe optique dudit dispositif optique, ledit dispositif pouvant être orienté selon deux directions per- pendiculaires, un asservissement étant prévu pour orienter ledit dispositif optique de manière que ladite image soit amenée sen- siblement sur l'axe optique en effectuant d'abord un déplacement à vitesse rapide, puis un déplacement à vitesse lente. On utilise généralement un objectif à faible champ de vision pour obtenir une précision importante; le fait de prévoir tout d'abord un déplacement rapide, puis un déplace- ment lent pour obtenir un positionnement précis, permet de réduire le temps de réponse de l'appareil. Toutefois ce dispositif présente l'inconvénient que l'objet peut sortir du champ du dispositif optique,par exemple à la suite d'un déplacement rapide trop important, et on a alors perdu tous les avantages de rapidité recherchés. La présente invention a pour objet un dispositif de localisation et de repérage d'un objet lumineux du type précité, qui permet d'effectuer une localisation précise et ra- pide sans risque que l'objet lumineux à repérer sorte du champ du dispositif optique de repérage. A cet effet, le dispositif optique de formation d'image est constitué de deux objectifs accolés, un objectif à grand angle d'ouverture et un objectif à faible angle d'ouverture, tel qu'un téléobjectif, le capteur de posi- tion est constitué de deux photocellules de détection de posi- tion associées chacune à un des objectifs précités, et fourni- sant les coordonnées du barycentre de la lumière reçue et l'asservissement comporte deux étapes, une étape de réglage grossier effectué au moyen de l'objectif à grand angle et du dé- tecteur associé et une étape de réglage fin, effectué au moyen de l'objectif à faible angle et du détecteur associé. Le fait de 2. 2572191 prévoir un objectif grand angle permet d'éviter que l'on perde l'objet lumineux à repérer lors des opérations de localisation et de repérage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux étapes de réglage précitées sont effectuées de manière simultanée et imbriquée pour les deux directions perpendiculai- res précitées, l'étape de réglage fin selon une direction s'ef- fectuant après l'étape de réglage grossier selon l'autre direc- tion. Cette disposition permet de réduire notablement l'opéra- tion de détection et de repérage et de pouvoir ainsi localiser de nombreux objets lumineux en un temps donné. Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention le dispositif de localisation et de repérage d'un objet lumineux comporte en outre, un télémètre couplé aux deux objec- tifs récités. Ce télémètre permet de localiser de manière com- plète l'objet lumineux, les deux objectifs fournissant des don- nées angulaires et le télémètre la distance dudit objet. Avan- tageusement ce télémètre comporte un laser à rayons infrarouges. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit,faite en se référant aux dessins ci-annexés: - la Fig. 1 représente une vue de côté d'un dis- positif de localisation et de repérage d'un objet lumineux conforme à l'invention. - la Fig. 2 est une vue de dessus correspondant à la fig 1. - la Fig. 3 est une vue expliquant le fonction- nement du dispositif. - la Fig. 4 est un schéma explicatif de fonc- tionnement du dispositif selon 1' inven- tion. - la Fig. 5 est un ordinograzme expliquant la séquence des opérations de localisation et de repérage, et - la Fig. 6 est une vue illustrant une application 3. du dispositif de localisation et de repérage conforme à la présente invention, On peut voir sur les Fig. t à 3 le dispositif de lo- calisation et de repérage selon l'invention comportant deux objec- tifs accolés dont les axes optiques sont pratiquement confondus, un objectif grand angle (1) et un téléobjectif (2); à chaque objectif est adjoint un détecteur constitué par une cellule, la cellule (3) pour l'objectif grand angle et la cellule (4) pour le téléobjectif. Ces cellules ( 3et 4) sont constituées par des photocellules de détection de position qui fournissent de manière continue les informations concernant la position suivant deux axes rectangulaires (X, Y) du barycentre de la lumière qu'elles reçoivent. sur leur surface sensible. Dans le cas présent, ces cellules sont disposées de manière à recevoir l'image fournie par l'objectif et chaque cel- lule fournit les coordonnées en X, Y, de l'emplacement de l'ima- ge de l'objet lumineux (5) qu'elle reçoit. L'ensemble des deux objectifs (1 et 2) et des cellu- les (3 et 4) est disposé sur un plateau (6) parallèle à l'axe optique commun (7); ce plateau (6) est fixé sur un arbre rotatif (8) qui est perpendiculaire au plateau (6); par ailleurs ce pla- teau (6) est monté à rotation selon un axe (9) perpendiculaire audit arbre rotatif (8). De cette manière l'ensemble optique peut être orienté angulairement selon deux directions perpendi- culaires de manière à suivre l'objet lumineux (5). Avantageusement, les mouvements de rotation de l'arbre (8) et du plateau (6) autour de l'axe (9) sont commandés par des moteurs pas-à-pas. Un télémètre, (non représenté), est accolé au sys- tème optique en présentant le même axe optique de manière à viser également l'objet lumineux (5l. On voit sur la figure;3 les champs angulaires de vision des deux objectifs (1 et 2) etonpeut se rendre compte que du fait de la présence de'l'objeQtif grand angle, il n'est plus possible que l'on perde l'objet lumineux lorsque l'on effectue les opérations de poursuites pour son repérage et sa 4. localisation. La Fig. 4 illustre de manière schématique le branchement fonctionnel du dispositif seloQn l'invention, On retrouve les deux objectifs l(1 et 2) et les deux cellules (3 et 4); l'ensemble optique peut être manoeuvré en rotation au moyen de deux moteurs pas-àpas (11 et 12). Les informations de position (X G A) et (Y G A) fournies par la cellule (3), (X T E) et (Y T E) fournies par la cellule (4), sont envoyées à un circuit de calcul de la position de l'objet à repérer qui est constitué par un microprocesseur (13). Ce dernier élabore des ordres de commande des moteurs (11 et 12) de manière à effectuer les étapes de recherche rapide et de re- cherche lente de l'objet à détecter. Le télémètre (14) fournit une indication concer- nant la distance de l'objet à repérer et il est également com- mandé par le micro-processeur (13); une mémoire (15) enregistre les données de position des moteurs {llet 2) et le télémètre (14) lorsque la localisation de l'objet à repérer est termin. Les opérations de localisation et de repérage d'un objet lumineux comportent une étape de réglage grossier effectuée au moyen de l'objectif à grand angle puis une étape de réglage fin, effectuée au moyen du téléobjectif, chaque étape pouvant comporter des mouvements rapides et des mouvements lents des moteurs pas-à-pas (11 et 12);-.cecipermet d'amener l'axe optique du système sur l'objet à repérer, il suffit alors de mesurer la position angulaire des moteurs pour en déduire la position de l'objet. Conformment à l'invention, les étapes de réglage grossier et de réglage fin sont effectuées de manière si- multanée et imbriquée pour les deux directions (X et Y) de manière à réaliser simultanément des réglages suivant les deux axes, c'est-à-dire que les deux moteurs pas-à-pas peuvent fonctioner simultaoent, l'un pouvant être à vitesse rapide et l'autre à vitesse lente, ou tous les deux à la meme vitesse. Pour bien comprendre ce fonctionnement on se reportera à l'ordinogramme de la figurd 5 qui indique les principales opéra- tions commandées par le microprocesseur (13). Dans une première étape (21) on réalise une 5. mesure de la lumière globale reçue par l'objectif grand angle (I G A) et on la compare à un seuil (I1) qui est le seuil d'obscurité et qui arrête le système dansle cas o l'objet lumineux a été perdu, c'est-à-dire qu'il n'est pas dans le champ de l'objectif grand angle. Si la lumière est suffisante, on lit une des coordonnées de l'image fournies par l'objectif grand angle, c'est-à-dire par la cellule (3), par exemple l'abscisse (X G A) au cours d'une étape (22). L'étape suivante (23) consiste à comparer cette abscisse grand angle à une valeur de seuil (Sc) qui constitue un seuil de commutation sur la mesure par le téléobjectif. Si l'abscisse mesurée (X G A) est supé- rieure au seuil (Sc), on déclenche une étape (24) qui actionne un des moteurs pas-à-pas pour faire varier l'abscisse (X) en vitesse rapide et aussitôt après on lit l'ordonnée (Y) de l'objectif grand angle (Y,G,A) par une étape (25) que l'on compare, au cours d'une étape (26), avec la valeur de seuil (Sc).Si l'ordonnée (YGA) est supérieure à cette valeur de seuil (Sc), on fait marcher le deuxième mateur pas-à-pas à vitesse rapide pour réduire 1 'ordonnée (Y) par une étape (27). Si au cours de l'étape (23) il se révèle que l'abscisse (X G A) est inférieure au seuil (Sc) de commutation sur le téléobjectif, on procède à l'étape (28) qui vérifie que l'intensité globale revue par le téléobjectif est supérieure à un deuxiè.e seuil d'obscurité (12) pour s'assurer que l 'objet lumi- neux se trouve bien dans le champ du téléobjectif. Si ce test est positif on fait l'étape (29) qui lit l'abscisse (XTE) fournie par la cellule (4) du téléobjectif puis l'étape (30) qui la compare à un seuil (S1) qui est un seuil de commutation en vitesse lente et qui correspond à la distance minimale entre l'image de l'objet lumineux et l'axe optique pour pouvoir arrêter le déplacement en vitesse rapide sans dépasser la position centrale du fait de l'inertie des motaurs pas-àpas. Si l'abscisse mesurée (XTE) est supérieure à ce seuil (S1), on masse à l'étape (24) par laquelle on.let en route le moteur (X) à la vitesse rapide. Si elle lui est inférieure, on effectue l'étape (31) qui est une deuxième comparaison de l'abs- cisse (X T E) avec un seuil (S2) qui correspond au seuil d'arrêt des moteurs, ce seuil étant très proche d'une valeur nulle. Si l'abscisse (XTE) est supérieure à ce seuil, on actionne le moteur (X) à la vitesse lente par l'étape (32); par contre si elle lui est inférieure, on commande l'arrêt du moteur (X) par l'étape (33). Cet arrêt ÉIu moteur (X) est également commandé si l'intensité globale de la lumière reçue par le 6. téléobjectif est inférieure à la valeur de seuil (I2) lors de l'étape (28) . Les étapes (32) et (33) précitées déclenchent l'étape (25) déjà mentionnée. Si lors de l'étape (26) l'ordonnée mesurée (YCA) est inférieure au seuil (Se), c'est-à-dire que l 'on a atteint le s-uil rie oex-ntati'n sur le téléobjectif, on effectue les étapes (34 à 39) qui réaliest sur l'ordonnée (Y) les traitesments analogues à ceux effectués sur l'abscisse (X). Après les étapes de comande du moteur (Y) - en vitesse rapide (étape 27), en vitesse lente (étape 3-9) ou en arrêt (étape 38), on effectue un test (41) pour vérifier si les mo- teurs (X,Y) sont arrêtés. Si les deux moteurs sont arrêtés, on déclenche une étape (42) o on lit la distance (R) fournie par le télémètre et on affiche la valeur des angles de rotation (e et È) des deux moteurs et la distance (R) qui donnent la position de l'ob- jet lumineux à repérer. Après cette lecture, ou si les moteurs ne sont pas encore arrêtés tous les deux, les opérations sont répétées en recommençant à l'étape (21). On voit donc que les différentes étapes de positionne- ment rapide et lent, suivant les deux axes de coordonnées (X,Y) sont imbriquées demanière qu'une étape de réglage fin, concernant l'une des coordonnées ne peut être commandée qu'après l'étape de réglage grossier de l'autre. Par cette imbrication, on diminue le temps nécessaire pour effectuer la localisation del'objet lumineux et on utilise au mieux les possibilités du microprocesseur, Suivant une variante de l'invention, en vue de s'af- franchir des lumières parasites, on effectue une mesure des coor- donnée de l'objet à repérer par différenciation. En effet, si l'on reçoit sur une cellule les images de deux points lumineux, à savoir, l'objet lumineux à repérer et une autre source lumineuse constituant un bruit, les valeurs fournies par la cellule sont en fait égales à: XS.IS + XBsIB YS.IS + B. X S+B - et YS+B = I + S+B I S + B c'est-à-dire les coordonnées du barycentre de l'objet S et de la source de bruit B (les indices S correspondant aux grandeurs 7. relatives à l'objet lumineux à repérer et les indices B à celles du bruit). Conformément à l'invention, l'objet à localiser com- porte une source lumineuse à fonctionnement intermitent, et on effectue de manière alternée des mesures avec éclairage et sans éclairage, de manière à obtenir par différenciation les coordonnées de l'objet à repérer. Avantageusement, la source lumineuse est du type pulsé et on fait une acquisition de données avec la source allumée, o l'on mesure XS+B, YS+B et IS+B, puis une acquisition de données avec la source éteinte o l'on mesure XB, YB et IB. Ensuite on effectue les calculs suivants qui donnent les coordonnées X et YS de l'objet: XS+B IS+B XB IB XS = et S+B IB yS+B ' IS+B YB'IB Ys IS+B B L'invention s'applique à-la localisation ou à la pour- suite de source lumineuse de tout type; elle peut par exemple être utilisée dans de nombreux domaines; un exemple particulier est la recherche d'éléments défaillants dans le carrelage d'une vo te telle qu'une voûte du réseau métropolitain. Une telle application est il- lustrée par la Fig. 6. og Sur cette figure on voit une voûte (51) qui est recou- verte de carreaux de fayence et il s'agit de repérer les carreaux qui sont mal collés et qu'il y a lieu de remplacer. Le dispositif de repérage (54) selon l'invention est installé en un lieu fixe et défini qui servira de point origine pour les mesures. Il comporte une mémoire telle qu'un dérouleur à bande (55). -.8. 2572191 Un opérateur (52) manipule une perche (53) comportant à son extré- mité un dispositif destiné à sonder chacun des carreaux, ainsi qu'une source lumineuse visible par le dispositif de repérage. Lorsque l'opérateur teste un carreau, l'opération de repérage dudit crreau se fait simultanément et les coordonnées sont - enregistrées sur la mémoire (55) en même temps que le résultat du test. On voit que dans ce cas il est important que ces opérations de localisation se déroulent rapidement pour pourvoir explorer une voûte dans un minimum de temps. 9. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de localisation et de repérage d'un objet lumineux, comportant un dispositif optique de formation d'une image de l'objet lumineux à localiser etun.capteur de la po- sition de ladite image par rapport à l'axe optique dudit disposi- tif optique, ledit dispositif optique pouvant être orienté selon deux directions perpendiculaires, un asservissement étant prévu pour orienter ledit dispositif optique de manière que ladite ima- ge soit amenée sensiblement sur ledit axe optique en effectuant d'abord un déplacement à vitesse rapide puis un déplacement à vitesse lente, caractérisé en ce que ledit dispositif optique de formation d'image est constitué de deux objectifs accolés, un objectif à grand angle d'ouverture (1) et un objectif à faible angle d'ouverture (2) tel qu'un téléobjectif, en ce que ledit capteur de position est constitué par deux photocellules (3,4) de détection de position, associées chacune à un des objectifs précités et fournissant les coordonnées du barycentre de la lu- mière reçue et en ce que l'asservissement comporte deux étapes, une étape de réglage grossier effectué au moyen de l'objectif 0O à grand angle (1) et du détecteur associé (3) et une étape de réglage fin effectuée au moyen de l'objectif à faible angle (2) et du détecteur associé (4). 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les deux étapes de réglage sont effectuées de manière imbriquée pour les deux directions perpen- diculaires précitées (X,Y), l'étape de réglage fin selon une direction s'effectuant après l'étape de réglage grossier selon l'autre direction. 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé O en ce qu'il comporte en outre, un télémètre (14) couplé aux deux objectifs précités (1,2). 4 )Dispositif de localisation selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que le télémètre précité (14) comporte un laser à infrarouges. 5 ) Dispositif pour l'une quelconque des 10. revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble des deux objectifs (1,2) et des capteurs de position (3,4) est disposé sur un plateau (6) fixé sur un arbre rotatif (8) perpendiculaire au plan dudit plateau qui est articulé selon un axe (9) situé dans son plan et perpendiculaire audit arbre rotatif (8). 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les mouvements de rotation sont commandés par des moteurs pas-à-pas (11,12) dont les pas de déplacement sont comptés et en- voyés à un circuit de mémorisation (15) de la position de l'objet à repérer (5). 7 0) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la rotation desdits moteurs (11,12) est commandée par un circuit de calcul (13) qui reçoit en entrée les signaux desdites photocellules (3 et 4). 8 ) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'objet à localiser (5) comporte une source lumineuse à fonctionnement intermitent, le repérage étant effectué successive- ment avec et sans éclairage, le circuit de calcul (13) calculant l'action sur les moteurs (11 et 12) à partir des deux mesures de repérage obtenues. 9 ) Dispositif de repérage d'un appareil de test de paroi (53) caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse solidaire dudit appareil et un dispositif de localisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.