Brevet FR2588105A1 — publié le 19870403

L'invention concerne un dispositif de reconnaissance de la forme d'un objet. Les dispositifs de reconnaissance de formes actuellement connus sont très souvent basés sur l'association d'une caméra (vidéo ou à transfert de charges) et d'un outil de traitement de l'information souvent sophistiqué. L'association de ces deux éléments et des prestations annexes indispensables à leur mise en oeuvre, aboutit à un montant d'investissement très élevé. Ces dispositifs sont souvent beaucoup trop performants pour des applications plus élémentaires de tri, de reconnaissance de défauts ou autres. De plus, l'utilisation de caméras en milieu industriel n'est pas toujours bien ressentie par les responsables d'entreprise ; elles posent des problèmes qui ne sont pas toujours simples à résoudre (éclairement, positionnement des objets à reconnattre, ...) En résumé, les dispositifs actuellement proposés peuvent solutionner des problèmes de reconnaissance complexes (objets en vrac, partiellement dissimulés, ...) mais sont trop onéreux et trop complexes pour des applications simples. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif de reconnaissance de la forme d'un objet comprenant, un moyen émetteur d'un faisceau optique et un moyen récepteur de ce faisceau optique, entre lesquels se déplace l'objet à reconnaitre, qui doit interrompre le faisceau optique, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour entrainer en rotation le faisceau optique afin que, lors du passage d'un objet à reconnaitre, ce faisceau soit interrompu, à chaque rotation complète, sur une partie au moins de la trajectoire du faisceau optique, des moyens pour produire, à chaque rotation du faisceau, un signal référençant une origine de la rotation de ce faisceau, un ensemble électronique recevant le signal de référence et un signal fonction de la durée d'interruption du faisceau par l'objet, cet ensemble produisant, pour chaque rotation du faisceau interrompu par un objet, un couple de valeur significatif de l'objet à reconnartre, une mémoire pour recevoir initialement un ensemble de ces couples de valeur d'un objet à reconnaitre et servant de référence, un comparateur inclus dans l'ensemble électronique et comparant les couples de valeur mis initialement en mémoire et les couples de valeur mesurés sur un objet à reconnaitre, un moyen pour mettre en évidence la concordance et/ou la discordance des couples de valeur mis initialement en mémoire et des couples de valeur mesurés sur un objet à reconnaitre. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour entraîner en rotation le faisceau sont prévus sur le moyen émetteur du faisceau, tandis que le moyen récepteur du faisceau comporte un miroir à section circulaire recevant le faisceau tournant et le renvoyant sur un dispositif sensible au flux lumineux disposé suivant l'axe X-X du miroir à section circulaire, cet axe étant confondu avec l'axe de rotation du faisceau du moyen émetteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le miroir à section circulaire est un miroir tronconique et un élément conique collecteur du flux lumineux est prévu suivant l'axe X-X du miroir tronconique afin de recevoir le flux lumineux dévié par le miroir tronconique et le diriger sur le moyen sensible au flux lumineux. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen émetteur comporte un support tournant pourvu d'un premier moyen réflecteur axial recevant le faisceau lumineux émis par une source et renvoyant ce faisceau vers un second réflecteur disposé à la périphérie du support, ce second réflecteur produisant un faisceau mobile en translation suivant une trajectoire circulaire dirigée vers le miroir à section circulaire du moyen récepteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen produisant, à chaque rotation du faisceau, le signal référençant l'origine de la rotation, est situé de manière à produire ce signal lorsque le faisceau optique tournant se trouve au point haut de sa trajectoire. L'invention est représentée à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins ci-joints, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale de la partie mécanique et optique du dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale du boîtier contenant l'ensemble électronique de gestion du dispositif, - la figure 3 est une vue latérale- schématique illustrant le principe de fonctionnement du dispositif, - la figure 4 est un diagramme temporel des signaux mis en oeuvre suivant l'invention, - la figure 5 est le schéma synoptique de l'ensemble électronique du dispositif de l'invention. Le dispositif conforme à l'invention a, en conséquence, pour but de permettre d'une manière simple et peu onéreuse, la reconnaissance de la forme d'un objet, afin de vérifier sa conformité avec un objet de référence. Ce dispositif met en oeuvre un barrage optique mobile qui est interrompu par l'objet à reconnaître, afin que l'instant de cette interruption et la durée de cette interruption, permettent de déterminer à un moment donné et donc pour une position donnée de l'objet, un couple de valeur significative de l'objet examiné. Plusieurs couples de valeurs pourront être établis pour des positions successives de l'objet, au cours de son déplacement dans le champ du faisceau, de façon que ces couples de valeurs soient significatives de la forme de l'objet examiné et permettent de le reconnaître par comparaison de ces couples de valeurs avec des couples de valeurs produit par le passage d'un objet de référence dans le barrage mobile, ces couples de valeurs étant préalablement mémorisés dans un système logique programme. Bien entendu, ce dispositif pourra permettre la reconnaissance de plusieurs formes différentes, le nombre de formes reconnaissables étant fonction de la capacité de la mémoire du système de traitement mis en oeuvre. Le dispositif conforme à l'invention comprend un boîtier 1 émetteur du faisceau optique, un bottier 2 récepteur de ce faisceau (voir figure 1), et un boîtier 3 contenant l'ensemble électronique de gestion. Le boîtier émetteur 1 comprend une source lumineuse 4 produisant le faisceau lumineux 5 qui, après réflexion sur un miroir 6, est dirigé suivant l'axe optique X-X. Ce faisceau optique 5 passe alors au travers de l'arbre creux 7 d'un moteur électrique 8 à vitesse constante, l'axe de cet arbre 7 étant confondu avec l'axe X-X. L'arbre 7 du moteur supporte un disque 9 qui est pourvu d'un prisme 10 présentant deux faces parallèles opposées 101 et 102, la face 101 étant sécante de l'axe X-X, alors que la face est est sitlaee~s La~periphArie du disque 9. Le disque de support 9 entraîné en rotation est également pourvu d'un contre-poids 11 équilibrant le poids du prisme 10, ainsi que d'un aimant 12 engendrant une impulsion électrique dans une bobine 13 fixée à l'intérieur du boîtier. Comme cela sera expliqué ci-après, cette bobine 13 est destinée à produire une impulsion constituant une référence d'origine pour le faisceau optique mobile. Ce faisceau optique réfléchi par la face 102 du prisme 10 effectue un mouvement de translation circulaire autour de l'axe X-X et est reçu par le boîtier 2 situé à l'opposé de la bande transporteuse 14 sur laquelle se déplacent les objets 15 à reconnaître. Ce boîtier 2 est pourvu d'une pièce 16 présentant une face tronconique réfléchissante 17 dont le diamètre moyen est tel qu'elle reçoit le faisceau optique 51 animé du mouvement de translation circulaire autour de l'axe X-X. Cette surface tronconique 17 présente également un axe qui est confondu avec l'axe X-X et est réalisée de manière à réfléchir le faisceau vers un élément conique 18 situé sur l'axe X-X et dont le sommet est adjacent d'une cellule 19 sensible au flux lumineux émis par la source 4. Dans le boîtier 1, on remarque également la présence de circuits imprimés 20 supportant les composants électroniques et les alimentations électriques (non représentés) du moteur 8 et de la source lumineuse 4 ; un voyant 21 signalant le'bon fonctionnement de l'ensemble du boîtier émetteur 1 ; une structure interne 22 supportant l'ensemble des composants ; un presse-étoupe 23 pour le passage des différents câbles d'alimentation et de communication avec le boîtier de gestion 3 (figure 2), une face avant transparente 24 traversée par le faisceau optique 51 effectuant son mouvement circulaire.Egalement, le boîtier de réception 2 comporte un circuit imprimé 25 supportant les composants électroniques de traitement de l'information électrique transmise par le dispositif 19 sensible au flux lumineux un voyant 26 signalant le bon fonctionnement de l'ensemble récepteur ainsi que l'état du dispositif sensible au flux lumineux 19 ; un bouchon 27 permettant l'accès auedispo- sitifs de réglage des composants du circuit imprimé ; un presse-étoupe 28 pour le passage des différents câbles d'alimentation et de communication avec le boîtier de gestion 3 et une face avant transparente 29. Les boîtiers d'émission 1 et de réception 2 sont équipés d'une équerre de fixation, respectivement 30 et 31. Ces équerres sont munies d'un dispositif mécanique de réglage des boîtiers en hauteur, en site et en azimuts. Ces réglages sont destinés à positionner le capteur de telle façon que le faisceau optique soit interrompu par les parties les plus représentatives de l'objet 15 en déplacement rectiligne. Les réglages en site et en azimuts sont destinés à assurer le parallélisme des parties optiques des boîtiers d'émission et de réception suivant l'axe X-X. Le boîtier de gestion 3 représenté sur la figure 3, comprend une structure mécanique et électrique destinée à recevoir des circuits imprimés 32 supportant les composants électroniques de gestion du dispositif représenté sur la figure 5. Le nombre de ces circuits imprimés 29 peut varier en fonction du nombre des couples de valeurs qui doivent être mémorisées et en fonction du type d'informations qui seront transmises aux organes extérieurs de traitement (automates programmables, ordinateurs industriels-ou autres). Ce bottier comporte également un voyant 33 indiquant que le boîtier de gestion 3 fonctionne correctement, un voyant 34 reflétant l'état du voyant 26 du boîtier de réception 2 et donc l'état du dispositif 19 sensible au flux lumineux ; un voyant 35 reflétant l'état transmis par la bobine 13 du boîtier d'émission 1 et attestant donc que le dispositif monté à rotation 8 est bien opérationnel ; un bouton-poussoir 36 permettant de réinitialiser le dispositif de gestion ; un bouton-poussoir 37 destiné à signaler au dispositif électronique de gestion que celui-ci doit se mettre en mode de mémorisation des couples de valeurs produits par un objet de référence défilant devant le dispositif ; un dispositif 38 de communication avec l'organe extérieur de traitement ; des presse-étoupes 39 pour le passage des câbles d'alimentation et de communication avec les boîtiers d'émission 1 et de réception 2. Le fonctionnement du dispositif de l'invention est le suivant et est illustré par la figure 3. L'aimant 12 est situé à l'opposé de la surface 102 du prisme et la bobine 13 produisant un signal électrique est située en position basse de la trajectoire du faisceau. Le dispositif électronique de gestion disposé dans le boîtier 3 reçoit donc un signal électrique lorsque le faisceau optique 51 animé du mouvement de rotation, est situé en position haute, en L'objet 15 à reconnaître se déplace avec le transporteur 14 dans le sens de la flèche F et occulte le faisceau optique 51 lorsque celui-ci arrive dans la position 53 et a tourné d'un angle A à partir du point 52 pris comme référence d'origine du mouvement circulaire du faisceau optique 51. Le faisceau reste occulté par l'objet 15 Jusqu'à ce qu'il ait atteint la position 54 et l'angle B représente l'angle pendant lequel le faisceau tournant est interrompu par l'objet 15. A chaque tour complet flu faisceau optique, le dispositif mesure donc un couple de valeurs fonction de A et de B et tant qu'une partie de l'objet 15 est présente dans le champ parcouru dans le faisceau mobile, le dispositif réalise l'acquisition de couples de valeurs fonction de A et B, l'ensemble de ces couples permettant la reconnaissance de l'objet 15 par comparaison avec des couples de valeurs de référence précédemment mis en mémoire. Le fonctionnement de la partie électronique du dispositif est le suivant (voir figure 4). Le signal S1 est un signal qui est mis en forne à partir de l'information délivrée par la bobine 13, c'està-dire alors que le faisceau optique 5 est dans la position La La fréquence des signaux S1 est donc représentative de la vitesse de rotation,par ailleurs constante, du moteur 8. Ce signal est périodique, de période T et ce temps T correspond à une rotation d'un tour du faisceau optique, soit 3600. Le signal S2 est un signal mis en forme à partir de l'information délivrée par le dispositif 19 sensible au flux lumineux. Le front descendant de ce signal correspond à l'occultation du faisceau en 5 le front montant correspond à la fin de l'occultation du faisceau en 54. La valeur de l'angle A est donc T1 A = A x 3600 T et la valeur de l'angle B est : T2 -T1 B = x 360 T Le traitement de ces signaux est assuré suivant le schéma synoptique de la figure 5. Le signal issu de la bobine 13 est amené dans le circuit de mise en forme 40 et produit en sortie le signal S1. Le signal issu du dispositif 19 sensible au flux lumineux est amené au circuit de mise en forme 41 et produit à sa sortie le signal S2. Le signal S1 est amené à un dispositif à verrouillage de phase 42 qui délivre un signal NS dont la fréquence est N fois supérieure à celle du signal S1. Ce dispositif 42 délivre donc une impulsion pour chaque déplacement considéré comme élémentaire du dispositif monté à rotation 7, 8, 9, 10. Un compteur électronique 43 reçoit les impulsions issues du dispositif 42 et la valeur numérique de ce compteur s'incrémente pour chaque impulsion reçue. Ce compteur 43 est remis à zéro à chaque début de tour par le signal S1. Le dispositif de traitement informatique 44 dont la fonction est de gérer l'ensemble du dispositif de reconnaissance de formes par faisceau mobile interrompu, scrute en permanence l'état du signal S2. Dès que celui-ci passe de l'état haut à l'état bas (début de l'occultation de l'objet au point 53 sur les figures 3 et 4), le dispositif acquiert la donnée numérique disponible en sortie du compteur 43 et qui correspond à la valeur T1 (ou à l'angle A sur la figure 3). Dès que le signal S2 repasse à l'état haut (point 54), on obtient la valeur de T2 qui correspond à la somme des angles A et B. Ces deux mesures T1 et T2 correspondent à un couple de valeurs significatives de l'objet à reconnaître et ces couples de valeurs sont relevés à chaque cycle de rotation du faisceau 5, dès que l'objet apparaît dans le champ balayé par le faisceau mobile 51 et jusqu'à ce que cet objet ait disparu du champ et ne coupe plus le faisceau tournant. L'ensemble de ces couples de mesures est mémorisé dans une mémoire électronique interne au dispositif de traitement 44. Par ailleurs, une mémoire électronique non volatile 45 contient la ou les couples de valeur du ou des objets à reconnaître, ces couples de valeurs étant acquis lors d'une phase préalable d'apprentissage. Dès que cette acquisition de signature est terminée, le dispositif informatique 44 compare les données qui viennent d'être acquises avec celles contenues dans la mémoire 45. S'il y a concordance ou non de l'ensemble ou d'une partie seulement des couples de valeurs relevées, le dispositif 44 en informe l'utilisateur par un ou plusieurs moyens de transmission de données 46 qui sont à choisir parmi un ensemble d'options disponibles. Le bouton-poussoir 36 associé au dispositif de traitement 44 est destiné à permettre à l'utilisateur de remettre ce dispositif de traitement dans une configuration initiale équivalente à celle obtenue à la mise sous tension. Le bouton-poussoir 37, par contre, permet à l'utilisateur de signaler au dispositif de traitement informatique 44, qu'il doit se remettre en mode apprentissage, c'est-à-dire que le prochain objet qui va apparaître dans le champ balayé par le faisceau mobile, est un nouvel objet dont on n'a pas encore repéré la forme. Le dispositif informe tique 44 s'attend alors à voir passer dans le champ balayé par le faisceau optique 51 le même objet un certain nombre de fois (par exemple 10 passages). Ces passages permettent de réaliser l'acquisition successive d'un nombre important de couples de valeurs significatives d'un même objet à reconnaître et de mémoriser ces couples de valeur dans la mémoire interne au dispositif 44. Après acquisition de ces couples de valeurs, le dispositif informatique 44 exécute le traitement numérique sur ces données avant de transférer les données relatives aux couples de valeurs de ce nouvel ûbJew dan la néwotre non volatile 45. Les différentes options schématisées en 46 du dispositif de transmission de données, sont implantées sur les circuits imprimés 32 du boîtier de gestion 3 où elles peuvent être ajoutées au gré de l'utilisateur. Ces diffé rentes options peuvent être de type électromagnétique (un relais par objet à reconnaître par exemple), de type informatique (liaison série, parallèle ou autre) ou tout simplement, du type à communication d'informations (affi chage sur un moyen d'affichage quelconque, moniteur vidéo, etc.). REVENDICATIONS 1) Dispositif de reconnaissance de la forme d'un objet comprenant, un moyen émetteur d'un faisceau optique et un moyen récepteur de ce faisceau optique, entre lesquels se déplace l'objet à reconnaître, qui doit interrompre le faisceau optique, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7, 8, 9, 10) pour entraîner en rotation le faisceau optique (5) afin que, lors du passage d'un objet à reconnaître, le faisceau soit interrompu à chaque rotation sur une partie au moins de la trajectoire du faisceau optique (51)' des moyens (11, 13) pour produire, à chaque rotation du faisceau, un signal (S1) référençant une origine de la rotation de ce faisceau, un ensemble électronique (42, 43, 44, 45) recevant le signal de référence (S1) et un signal (S2) ) fonction de la durée d'interruption du faisceau (51) par l'objet, cet ensemble produisant, pour chaque rotation du faisceau (51) interrompu par un objet, un couple de valeur significatif de l'objet à reconnaître, une mémoire (45) pour recevoir initialement un ensemble de ces couples de valeur d'un objet à reconnaître et servant de référence, un comparateur inclus dans l'ensemble électronique (44) et comparant les couples de valeur mis initialement en mémoire et les couples de valeur mesurés sur un objet à reconnaître, un moyen (46) pour mettre en évidence la concordance et/ou la discordance des couples de valeur mis initialement en mémoire et des couples de valeur mesurés sur un objet à reconnaître. 2) Dispositif conforme à la revendicatrion 1, caractérisé èn ce que les moyens pour entraîner en rotation le faisceau sont prévus sur le moyen (1) émetteur du faisceau, tandis que le moyen (2) récepteur du faisceau comporte un miroir à section circulaire (17) recevant le faisceau tournant (51) et le renvoyant sur un dispositif (19) sensible au flux lumineux disposé suivant l'axe (X-X) du miroir à section circulaire, cet axe (X-X) étant confondu avec l'axe de rotation du faisceau (51) du moyen émetteur (1). 3) Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le miroir à section circulaire (17) est un miroir tronconique et un élément conique (18), collecteur du flux lumineux, est prévu suivant l'axe (X-X) du miroir tronconique afin de recevoir le flux lumineux dévié par le miroir tronconique et le diriger sur le moyen (19) sensible au flux lumineux. 4) Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen émetteur comporte un support tournant (9) pourvu d'un premier moyen réflecteur axial (101) recevant le faisceau lumineux émis par une source (4) et renvoyant ce faisceau vers un second réflecteur (102) disposé à la périphérie du support (9), ce second réflecteur produisant un faisceau (51) mobile en translation suivant une trajectoire circulaire dirigée vers le miroir à section circulaire (17) du moyen récepteur. 5) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et second réflecteurs (101, 102) sont constitués par les faces parallèles opposées d'un prisme (10). 6) Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour entrainer en rotation le support tournant (9) du moyen émetteur (1) sont constitués par un moteur électrique (8) à arbre creux (7), cet arbre creux servant de passage au faisceau optique (5) émis par la source (4) et reçu par le réflecteur axial (101) du support tournant (9). 7) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen produisant, à chaque rotation du faisceau, le signal référençant l'origine de la rotation, est situé de manière à produire ce signal (5) lorsque le faisceau optique tournant (51) se trouve au point haut de sa trajectoire. 8) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électronique recevant le signal de référence (S1) et le signal (S2) fonction de la durée d'interruption du faisceau tournant (51) comprend, un dispositif de verrouillage de phase (42) produisant, à partir du signal (S,) de référence d'origine, un signal (sn)) dont la fréquence est n fois supérieur à la vitesse de rotation du faisceau optique (51)' un compteur à incrémentation (43) recevant les signaux (sn) provenant du dispositif de verrouillage de phase (42), ce compteur étant remis à zéro par le signal de référence d'origine (51)' un dispositif de traitement informatique (44) recevant le signal de référence d'origine (S1), le signal (S1) de réfé rence d'origine du faisceau tournant, le signal (52) ) fonc- tion de la durée d'interruption de ce faisceau tournant et les signaux (sn) provenant du compteur d'incrémentation (43), ce dispositif de traitement informatique comportant un comparateur pour comparer les données mesurées à celles mises initialement en mémoire.