Brevet FR2588952A1 — publié le 19870424

La présente invention est relative à un procédé de transmission d'orientations angulaires entre deux dispositifs situés a des emplacements différents et à un dispositif pour l'application de ce procédé. Le procédé et le dispositif sont applicables par exemple pour la transmission sans contact d'un angle azimutal, comme il est nécessaire par exemple de le faire en géodésie, pour la navigation, pour la transmission de coordonnées sur les machines-outils et dans des cas d'application analogues. Les procédés et les dispositifs connus jusqu'à présent pour la transmission sans contact d'orientations angulaires sont fondés sur le principe de l'autoréflexion ou de l'autocollimation, c'est-à-dire sur le principe de la collimation. Dans le cas de l'autoréflexion, une lunette d'observation et un prisme situés à un deuxième emplacement sont orientés grossièrement l'un par rapport à l'autre, par rotation ou par translation, jusqu'a ce que la lunette se trouve à l'intérieur d'une bande pa rallèle orientée perpendiculairement à l'arête du prisme triangulaire. La largeur de cette bande parallèle correspond à la longueur de l'arête du prisme.Pour la transmission d'un azimut rapporté à la direction du nord géographique, il faut que l'arête du prisme soit horizontale et qu'elle ait un rapport fixe avec la référence d'appareil d'un appareil relié au prisme. Un rayon allant de la lunette au prisme est réfléchi dans celui-ci de telle manière qu'il ressort dans le plan déterminé par le rayon lui-même et l'arête du prisme, c'est-à-dire que le rayon est dévié d'une manière azimutale et ressort toujours verticalement suivant le même angle que celui suivant lequel il entre dans le prisme. Pour la transmission de l'azimut du prisme à l'emplacement de la lunette, on fait tourner la lunette d'une manière azimutale jusqu'à ce que l'image de la lunette ou d'un théodolite d'observation, qui est visi- ble dans le prisme, soit exactement symétrique par rapport au trait vertical d'un réticule monté dans la lunette ou dans le théodolite. L'axe de collimation est alors exactement perpendiculaire à l'arête du prisme. Ce procédé, relativement simple pour un utilisateur, présente cependant l'inconvénient que la distance de mesure ou de transmission dépend de la portée minimale de la lunette réglée sur le double de la distance de visée. Cette distance de visée minimale ne suffit pas, avec des lunettes normales, pour des distances inférieures à un mètre environ.Par conséquent, pour des distances aussi courtes que celles qui interviennent par exemple dans la mise en place ou la mesure des pièces à usiner sur des machines-outils, cette méthode de mesure est mauvaise ou inapplicable. De plus, le principe même de l'autoréflexion rend la méthode assez imprécise, car pour des raisons physiques, la condition d'autoréflexion ne se définit pas d'une manière particu lièrement nette. Bien que cette méthode soit tout- - fait satisfaisante pour des mesures approchées, elle ne convient pas à des mesures de précision. Dans le cas de l'autocollimation, une lunette est mise au point sur l'infini, un réticule formant alors sa propre image sur lui-mEme en raison de la pré- sence du collimateur et d'un miroir plan situé en avant de celui-ci et réglé de manière à être perpendiculaire à l'axe optique. Pour la transmission d'un angle azimutal, il suffit que l'image du réticule recouvre le réticule lui-même sur un axe seulement, par exemple seulement sur la ligne verticale. L'autocollimation convient pour des portées relativement courtes. Cependant, pour l'utilisateur, la condition est plus difficile à régler que dans le cas de l'autoréflexion. Le principe de l'autocollimation demande donc plus de compétence de la part de l'utilisateur. Enfin, dans le cas de la collimation, il y a collimation de deux lunettes l'une par rapport à. l'autre, l'angle rapporté à une référence extérieure, par exemple à la direction du nord,étant transmis d'un appareil à l'autre. Tous les procédés ou dispositifs qui viennent d'être mentionnés impliquent une orientation et, le cas échéant, une translation mécaniques réciproques des instruments ou des appareils utilisés. I1 en résulte un gros risque d'incidents de fonctionnement lorsque l'un au moins des appareils n'est pas très propre. De plus, les appareils sont très sensibles aux secousses mécaniques, ce qui se répercute évidemment sur les procédés de mesure qui ne sont donc guère utilisables dans des conditions de service sévères, notamment en cas de risques de saleté, pour des mesures de précision rapides et sures. De plus, la précision du réglage ne peut pas être assurée d'une manière suffisante à longue échéance. Enfin, les opérations de mesure elle-mêmes demandent beaucoup de temps. Leur automatisation reviendrait trop cher. Le but de l'invention est la mise au point d'un procédé et d'un dispositif permettant une transmission rapide et sûre d'orientations angulaires dans les conditions initialement définies sans risques d'incidents de fonctionnement, d'arrêts ou d'erreurs de transmission. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait qu'un modèle de code spécifique d'une orientation est envoyé d'un dispositif situé à un premier emplacement au deuxième dispositif situé au deuxième emplacement, l'information angulaire du premier dispositif étant incorporée au code que, dans le dispositif de réception, l'image du modèle de code reçu est explorée et transmise, pour traitement à un dispositif de traitement des signaux,que, dans le dispositif de traitement des signaux, la comparaison avec des valeurs de référence de code donnes à l'avance ou enregistrés en mémoire permet la détection des déplacements de l'image du modèle de code par rapport à ces valeurs de référence et qu'à partir de la mesure de ces déplacements, l'orientation angulaire à transmettre est déterminée par des opérations de calcul.Les autres caractéristiques de l'appareil sont mises en évidence ci-après. L'avantage de la solution suivant l'invention réside essentiellement dans la grande stabilité de la précision de mesure sans qu'il soit nécessaire de procéder à un recalibrage, de même que dans le fait que les opérations de mesure peuvent s'effectuer rapidement et automatiquement. La mesure peut s'effectuer en quelques fractions de secondes. De plus, il n'est plus nécessaire de déplacer mécaniquement des parties d'appareils ou d'instruments, ce qui élimine les inconvénients dus aux salissures et à l'usure. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formesde réalisation de l'objet de l'invention sontreprésentées,à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 indique schématiquement la marche des rayons dans deux appareils qui doivent être orientés dans le même azimut. La fig. 2 représente deux lunettes disposées de telle manière que l'axe optique de l'une d'entre elles se trouve dans le champ visuel de l'autre pour la transmission d'une orientation définissant un azimut. La fig. 3 représente un deuxième exemple de réalisation comportant un prisme à réflexion et un dispositif à collimateur multiple. La fig. 4 représente un dispositif fonctionnant suivant les mêmes principes que le dispositif de la fig. 3 pour la transmission simultanée de deux angles. La fig. 5 indique la marche des rayons dans le cas d'un exemple de réalisation préféré de l'invention pour les opérations de mesure. Les fig. 6a a 6c représentent les modèles de code utilisés sur le trajet des rayons dans les dispositifs de mesure et leurs images dans différents cas de mesure. La fig. 7 représente un dispositif de traitement des signaux émis par les cellules de détection représentées à la fig. 5. Comme le montre la description détaillée de quelques dispositifs préférés, le principe de la transmission des orientations angulaires d'un premier appareil à un deuxième appareil consiste à mesurer un déplacement qui se produit lors de la transmission d'un modèle de code géométrique entre un premier appareil et un deuxième appareil. Le changement de position déterminé par l'un des deux appareils est détecté par exemple par un groupe de cellules détectrices et soumis à un traitement analytique des signaux. A la suite de ce traitement des signaux, on reçoit directement, transmise du premier au deuxième appareil, l'information relative à une orientation, par exemple une information angulaire rapportée à une référence commune.Comme le montrera la description détaillée qui suit, le même principe permet de transmettre non seulement un angle unique, par exemple un angle azimutal mais également, grâce à une adaptation simple du dispositif utilisé, un deuxième angle, par exemple, en plus de l'azimut, un angle d'élévation correspondant. La fig. 1 permet de mettre en évidence le principe de la transmission des orientations angulaires entre deux appareils. Une lunette 1 est orientée, par rapport à la direction N du nord, suivant un azimut 1. Ce même angle angle doit être transmis à un deuxième appareil 2 qui se trouve encore à l'azimut 9 2 par rapport à la direction N du nord. Le deuxième appareil peut être relié à un dispositif d'orientation, par exemple à une antenne d'orientation formant un faisceau serré, comme celles que l'on utilise pour les transmissions radio par satellite. En dehors de cette installation d'orientation, d'autres éléments quelconques, par exemple des pièces réglables d'une machine-outil, peuvent être accouplées ou reliées au deuxième appareil. La position défectueuse du deuxième appareil se manifeste, comme l'indique la fig. 1, par une déviation angulaire & entre les deux axes optiques des appareils. Pour la transmission d'orientations angulaires rapportées à une référence commune, par exemple d'orientations angulaires azimutales, il suffit de transmettre l'information relative à l'orientation du premier appareil au deuxième appareil, c'est-à-dire d'utiliser l'angle & comme critère de mesure pour la transmission des orientations angulaires. Pour la détermination de cette déviation angulaire 67, on règle grossièrement l'une par rapport à l'autre comme l'indique la fig. 2, deux lunettes 1 et 2.Pour faciliter cette orientation, la lunette 1 est munie d'un angle d'ouverture 2 out , tandis qu'une deuxième lunette appartenant au deuxième appareil comporte un deuxième angle d'ouverture 2 Ensuite, suivant l'invention, un modèle de code 3 linéaire, par exemple un code de traits de la première lunette 1 est éclairé par une lampe 4 et transmis dans le plan image de la deuxième lunette 2. Lorsque les lunettes ne sont pas alignées, c'est-à-dire que leurs axes optiques font entre eux un angle & BR Le signal de détection montre alors la coïncidence ou l'importance de la déviation de l'une des orientations qui doit être transmise ou de l'angle qui doit être transmis. La fig. 3 représente un autre exemple de réalisation d'un dispositif de transmission de directions angulaires qui comprend un système optique émetteur 10, un prisme triangulaire rotatif 11 et un ou plusieurs collimateurs de réception 12A, 12B, 12C, chacun des collimateurs étant muni d'un groupe de cellules de détection 13, 14, 15. A partir du système optique émetteur 10, un code linéaire 16, par exemple un code à traits est transmis, à l'aide d'une source lumineuse 17, au prisme triangulaire 11 et, de là, réfléchi dans le dispositif de collimateur de réception 12.Suivant la position de rotation, c'est-à-dire suivant l'orientation angulaire du prisme triangulaire 11, l'image du modèle de code envoyée par le système optique émetteur 10 apparaît dans le collimateur de réception 12 comme une image différente, c'est-à-dire présentant un décalage latéral qui correspond à la modification de position de rotation du prisme triangulaire par rapport à une position de référence. Les signaux enregistrés par le dispositif à collimateur 12 et par les groupes de détecteurs 13, 14, 15 sont envoyés à un dispositif de traitement des signaux dont il sera question ultérieurement. Ce dispositif de traitement des signaux enregistre automatiquement le décalage entre l'image de code à traits et une position de référence et l'identifie comme une déviation angulaire du prisme 11 ou émet un signal de correction pour un dispositif relié au prisme 11. A la différence de cet exemple de réalisation, le dispositif qui est représenté par la fig. 4 et dont la position angulaire doit être transmise ou déterminée comporte un miroir 20. Ce miroir 20 reçoit des rayons provenant d'un système optique émetteur 21 qui transmet le code d'un support de code bidimensionnel. Un dispositif de collimateur 22 au moins reçoit l'image du modèle de code réfléchie par le miroir 20. Le dispositif à collimateur 22 est suivi d'un groupe de cellules détectrices 23 disposées dans deux dimensions. Ces cellules de détection, qui peuvent être explorées individuellement, permettent de déceler un déplacement bidimensionnel de 1 image de modèle de code à partir d'une position de référence. Ce déplacement bidimensionnel indique les modifications de position du miroir 20 aussi bien dans la dimension azimutale que dans une deuxième dimension angulaire. Il est donc possible de déterminer simultanément l'azimut et l'élévation d'un objet relié au miroir 20 ou sa remise en place après détection des écarts. La fig. 5 représente d'une manière détaillée un exemple de réalisation préféré pour la marche des rayons. Le système optique 40 de la lunette émettrice définit l'axe d'émission A dans le prolongement duquel se trouve, dans le plan de l'image, un support de code 41 qui. est muni d'un code à traits 42, 40. Le code à traits est constitué par exemple par une série de raies verticales juxtaposées, la largeur des raies et leur écartement dans le sens latéral servant de paramètre de codage spécifique de l'orientation. Les raies du code, qui forment une échelle contiennent, dans leur combinaison, une information sur la position exacte le long de l'échelle. Chaque zone prise arbitrairement hors de l'échelle permet, connaissant le code, la détermination exacte de la position de la zone sur l'échelle. Dans l'exemple représenté, le code est inscrit sur un support de code transparent 41. Le support de code 41 est éclairé par une lampe 43 qui se trouve derrière lui. Plus on demande de précision au dispositif, plus les subdivisions du code sur le support de code 41 doivent être fines et plus courte doit être la longueur d'onde de la source lumineuse 43 utilisée pour l'éclairage. La précision de la mesure dépend également de la qualité du système optique d'émission utilisé et de la grandeur de son ouverture. Du côté du récepteur, le dispositif comprend le système optique de réception 45, dont l'axe B est déplacé d'un angle J par rapport à l'axe d'émission A. Dans un dispositif de détecteurs 46, qui est monté dans le plan image du système optique récepteur 45, le code 42 du support de code 41 envoyé par le système optique d'émission 40 est reproduit en image. Suivant le déplacement angulaire & , le code effectue également un déplacement angulaire sur le dispositif de détecteur 46 et ce déplacement est décelé par les différentes cellules de détecteur qui sont partie du groupe de détecteurs. Les signaux émis par les cellules de détecteur sont envoyés à un dispositif 50 de traitement des signaux. La position ou les écarts du modèle de code du côté de l'émetteur et de l'image du modèle de code du côté du récepteur sont représentés aux fig. 6a à 6c dans les différents cas qui se produisent en pratique. A la fig. 6a, le côté émission et le côté réception sont parfaitement alignés. L'image de modèle de code reçue par le dispositif de traitement est symétrique par rapport à la ligne médiane Y et la coïncidence de la ligne zéro de l'image du code avec la ligne Y utilisée comme référence met en évidence cette situation. A la fig. 6b, l'axe du système optique d'émission est décalé de l'angle S par rapport à l'axe du système optique de réception. Cette situation est mise en évidence par le fait que la répartition de l'intensité lumineuse du modèle de code dans le plan image du système optique de réception est distribuée symétriquement autour de la ligne médiane Y et que, cependant, le code lui-même semble décalé latéralement. Le dépla- cement latéral du code s'obtient en multipliant le déplacement angulaire & par la distance focale du système optique de réception. Enfin, à la fig. 6c, l'axe du système optique d'émission est parallèle à l'axe optique du système optique de réception, mais il est décalé latéralement d'une certaine quantité. Cette situation est mise en évidence dans le récepteur, par le fait que la distribution de l'intensité du modèle de code est déplacée latéralement, mais que le code lui-même n'est pas déplacé. Pour l'automatisation du traitement des signaux, le dispositif 50 de traitement des signaux comporte un amplificateur 51, un circuit d'échantillonnage et de maintien 52 et un convertisseur analogique numérique 56 qui est monté en aval et dont la sortie est reliée à un calculateur 53 ou scanner. Ce calculateur est relié à un indicateur de position 57 qui permet le réglage d'une position initiale ou position de référence. Le calculateur compare les valeurs provenant du convertisseur analogique-numérique avec les valeurs enregis trées en mémoire dans une mémoire de référence 54 et indique le résultat sur un dispositif d'affichage 55. L'affichage sur le dispositif d'affichage 55 peut s'effectuer directement en valeurs angulaires1 c'est-à-dire que l'angle S peut être donné en degrés ou degrés nouveaux. Mais l'affichage peut s'effectuer également sous forme codée ou sous n'importe quelle autre forme. De plus, le signal codé peut servir de signal de guidage de l'un des deux dispositifs à lunettes pour assurer leur réglage dans une position angulaire déterminée à l'avance. Le dispositif de traitement 50 des signaux n'a pas à être décrit en détail car il fait l'objet d'ur: autre document de la même demanderesse (CK-PAT N0 N 6994/83). Lorsqu'il s'agit de transmettre ou de mesurer, en plus d'un premier angle, par exemple d'un angle azimutal, un autre angle, par exemple un angle d'élévation correspondant, on peut, au lieu d'un modèle de code unidimensionnel comme celui qui a été décrit ci-dessus, utiliser un modèle de code bidimensionnel. Ce code est traité par le dispositif de réception suivant les mêmes principes que ceux qui ont été indiqués pour un code unidimensionnel. Comme-modèle de code, on a mentionné des codes uni ou bidimensionnel. On peut utiliser à leur place également des modèles codés chronologiquement, les dispositifs d'émission et de réception étant alors munis de moyens correspondants pour le traitement de signaux échelonnés dans le temps. Tous ces codes sont désignés, dans le cadre de la présente invention, par le terme général de modèle de code à orientation spécifique. REYENDICATIONS 1 - Procédé pour la transmission d'une orientation angulaire entre deux appareils situés à des emplacements différents au moyen d'instruments optiques, caractérisé en ce qu'un modèle de code spécifique d'une orientation est envoyé d'un dispositif situé à un premier emplacement au deuxième dispositif situé au deuxième emplacement, l'information angulaire du premier dispositif étant incorporée au code, en ce que, dans le dispositif de réception, l'image du modèle de code reçu est explorée et transmise, pour traitement, à un dispositif de traitement des signaux, en ce que, dans le dispositif de traitement des signaux, la comparaison avec les valeurs de référence de code données à l'avance ou enregistrées en mémoire permet la détection des déplacements de l'image du modèle de code par rapport à ces valeurs de référence et en ce qu'd partir de la mesure de ces emplacements, l'orientation angulaire à transmettre est déterminée par des opérations de calcul. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif réfléchit dans le deuxième dispositif un signal de code reçu par un troisième dispositif et incorpore de ce fait son information relative aux orientations angulaires au signal de code. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme modèle de code un code spatial unidimensionnel dont le déplacement le long de l'axe du code et/ou la répartition de l'intensité du côté du récepteur donnent l'information voulue sur les orientations angulaires. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la transmission simultanée de deux informations relatives aux orientations angulaires on utilise un modèle de code bidimensionnel, de sorte qu'à- chaque dimension correspond une information relative aux orientations angulaires. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'exploration du modèle de code reçu s'effectue, en parallèle, au moyen d'un appareil sensible adapté à la dimension du modèle de code utilisé. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'exploration du modèle de code reçu s'effectue dans un scanner d'exploration fonctionnant d'une manière sérielle. i - Dispositif pour l'application du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif (2) comprend un réflecteur (11, 20) qui est relié aux parties du dispositif dont la position angulaire doit être transmise au deuxième dispositif(l). 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise un troisième dispositif pour envoyer un modèle de code sur le réflecteur du premier dispositif (2) et en ce que le deuxième dispositif se trouve au moins approximativement dans l'angle de réflexion du trajet de rayons pour la transmission du modèle de code. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième et le troisième dispositifs sont groupés de manière à former une unité de montage. 10 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, dans le plan image du deuxième dispositif un ensemble de détecteurs dont les sorties sont reliées à un dispositif (50) de traitement des signaux pour la transmission et le traitement des valeurs relatives aux orientations angulaires transmises.