Brevet FR2664041A1 — publié le 19920103

"Capteur à laser" L'invention concerne un capteur à laser à deux faisceaux laser de mesure auxquels sont associés deux lasers comportant des optiques émettrices et des dispositifs de réception. Les capteurs à laser sont connus sous des formes de réalisation très variées Pour les mesures dans lesquelles on désigne et on mesure simultanément deux objets, l'état de la technique exige jusqu'ici un capteur à laser muni d'un miroir de déviation pour deux directions dans l'espace, ou deux capteurs à laser complets avec des directions dans l'espace fixes En outre, il est connu d'utiliser pour la mesure de distances des capteurs à diode laser-am/cw à redressage sensible à la phase à deux canaux. Toutes ces formes de réalisation sont complexes tant du point de vue de la structure et de la fonction que du point de vue du matériel et du montage. L'objectif de l'invention est de créer un capteur à laser du type indiqué en introduction, qui ne comporte plus les inconvénients mentionnés de l'état de la technique et n'exige qu'une dépense réduite grâce à l'abandon du miroir de déviation ou des deux capteurs complets, et qui puisse être utilisé malgré tout pour des mesures dans le domaine de la régulation grâce au fait que les signaux de réception provenant des deux objets différents sont combinés en un signal de mesure unique de manière telle, que ce signal de mesure puisse ensuite être utilisé comme signal de réglage. Le problème est résolu par le fait que les fais- ceaux laser de mesure sont dirigés dans des directions dans l'espace différentes et un récepteur commun, comportant une optique réceptrice et un détecteur, dont le champ visuel de réception contient les directions dans l'espace des deux faisceaux laser de mesure, est associé aux deux faisceaux de mesure, que les lasers sont modulés de manière périodique au moyen d'un dispositif de modulation avec des signaux de modulation différents, et qu'un circuit d'exploitation monocanal est monté derrière le détecteur, la sortie dudit circuit d'exploitation délivrant un signal de mesure moyenné sur plusieurs périodes de modulation, dont le signe et la valeur dépendent de la différence des intensités réfléchies dans le champ visuel de réception du récepteur par les objets éclairés par les deux faisceaux laser de mesure. Selon un perfectionnement de l'invention, les lasers sont des diodes laser (am/cw) à émission continue et amplitude modulée, qui sont commandés de manière symétrique par un oscillateur commun comportant deux sorties avec un déphasage de 1800, comme dispositif de modulation. Selon un autre perfectionnement de l'invention, le circuit d'exploitation comporte un amplificateur à tension alternative, à l'entrée duquel est appliqué le signal du détecteur, dont le signal de sortie est amené à un redresseur sensible à la phase commandé par l'une des deux sorties de l'oscillateur, et dont le signal de sortie, après passage dans un filtre passe-bas pour le calcul de la moyenne sur plusieurs périodes de modulation, constitue le signal de mesure. Selon un autre perfectionnement de l'invention, la forme et la répartitions des intensités des deux faisceaux laser ainsi que la forme et le pouvoir de réflexion des deux objets sont réciproquement adaptés de manière telle, qu'en cas d'écart de position relative entre le capteur à laser et les objets par rapport à une position théorique prédétermi- née, on obtienne comme signal de mesure un signal de réglage sensiblement proportionnel à l'écart par rapport à la position théorique. Selon un autre perfectionnement de l'invention, les deux diodes à laser (am/cw) sont commandées de manière répétée pendant de brefs instants sans déphasage, de manière symétrique par l'oscillateur et, pendant ces intervalles de temps, la puissance des deux diodes à laser est réglée de manière telle que le signal de réglage de puissance représen- tant la somme des intensités de réception des deux surfaces éclairées à la sortie du redresseur soit maintenu constant. Selon un autre perfectionnement de l'invention, on commute alternativement entre la mesure et le réglage de puissance de manière telle qu'un laser à diode est commuté au moyen d'un commutateur entre le mode symétrique et le mode commun par rapport à l'autre laser à diode, le signal de mesure disponible à la sortie du filtre passe-bas étant amené à un étage échantillonneur-bloqueur et le signal de mesure qui n'est pas actif étant maintenu à sa dernière valeur avant la commutation, et en ce qu'un discriminateur délivre un signal de commutation vers le réglage de la puissance au commutateur lorsque le signal de mesure appliqué au discrimi- nateur est sensiblement égal à zéro, le commutateur délivrant alors un signal à l'entrée "blocage". Il est décrit dans ce qui suit un exemple de réalisation de l'invention qui est représenté sur les figures du dessin. La Figure 1 montre un diagramme fonctionnel d'un exemple de réalisation d'un capteur à laser à deux faisceaux de mesure et à récepteur commun représenté de manière schématique. La Figure 2 représente un diagramme fonctionnel d'un circuit de principe d'un exemple de réalisation du capteur à laser. La Figure 3 montre un diagramme fonctionnel d'un circuit de principe pour le réglage de la puissance de l'exemple de réalisation décrit. La figure 4 représente un schéma d'une possibilité d'utilisation du capteur à laser pour le guidage de systèmes de transport sans chauffeur. L'idée générale de la présente invention prévoit, pour résoudre le problème posé, de concevoir un capteur à laser de manière telle, qu'on produit un signal de réglage commun en calculant la différence de deux faisceaux laser de mesure, la structure et le coût se rapprochant plus de ceux d'un capteur unique, le capteur ne nécessitant qu'un récep- teur, une optique réceptrice, un détecteur, un dispositif de modulation et un circuit d'exploitation monocanal. La Figure 1 montre de manière simplifiée cette conception, deux faisceaux laser de mesure 13 b, 14 b de deux lasers 13 et 14, auxquels est associé un modulateur 15, étant dirigé sur les objets 13 a, 14 b dans des directions dans l'espace différentes et un récepteur 30 commun comportant une optique réceptrice 16 a, qui transmet les faisceaux de réception 13 c, 14 c au détecteur 16, étant associé à ces deux faisceaux de mesure réfléchis par les objets Le détecteur a de son côté un champ visuel de réception qui contient les deux directions dans l'espace des faisceaux de mesure 13 b, 14 b Les lasers 13, 14 sont modulés périodiquement au moyen du dispositif de modulation 15 avec des signaux de modulation différents. Dans ce - mode de réalisation, il est prévu comme laser 13, 14 des diodes laser am/cw à émission continue et à amplitude modulée, qui sont commandées en mode symétrique par un oscillateur commun muni de deux sorties avec un déphasage de 1800 (dispositif de modulation 15). Un circuit d'exploitation monocanal 32 dont la sortie délivre un signal de mesure 19 moyenné sur plusieurs périodes de modulation est monté derrière le détecteur 16 du récepteur 30 Ce circuit d'exploitation 32 comporte selon la Figure 2 un amplificateur à tension alternative 16 a dont le signal est amené à un redresseur 17 sensible à la phase, qui est commandé par l'une des deux sorties du modulateur 15 (oscillateur) Le signal de sortie de cet oscillateur constitue un signal de mesure 19, après passage à travers un filtre passe-bas 18 pour le calcul de la moyenne sur plu- sieurs périodes de modulation. Dans beaucoup de taches de mesure du domaine de la technique du réglage automatique, il s'agit de mesurer et de régler la position relative entre deux objets 13 a, 14 a et un autre objet lié au capteur à laser 12 En cas d'écart par rapport à la position théorique, on obtient après calcul de la valeur moyenne sur plusieurs périodes de modulation au moyen du filtre passe-bas 18, un signal de réglage 19 dont le signe indique le sens de l'écart correspondant La "perte" du réglage dépend de la valeur absolue des signaux de réception 13 c, 14 c, c'est-à- dire par exemple de l'état (pouvoir de réflexion) du rétro-réflecteur I 1 et de la distance des objets 13 a, 14 a par rapport au capteur 12 Il est proposé, pour compenser ces effets, de commander de manière répétée pendant de brefs instants les deux diodes laser 13, 14 en mode commun, c'est-à-dire sans déphasage Le signal de réglage 19 à la sortie du redresseur 17 représente alors la somme des intensités de réception des deux objets 13 a, 14 a. Par une adaptation convenable de la forme du faisceau et de la forme de l'objet, on obtient que cette somme des intensi- tés soit sensiblement constante pour une plage de déviation autour de la position théorique suffisamment grande Le signal cumulé désigné maintenant 19 a est ensuite maintenu constant par la régulation commune des deux puissances de laser Le circuit comporte les dispositifs 21 à 24 à cet effet Un commutateur 23 commandé par un discriminateur 22 commute pour une condition qui sera décrite plus loin de la mesure du signal de réglage-déviation 19 vers la mesure du signal de puissance laser 19 a Le laser 14 est commuté de la sortie déphasée de 1800 de l'oscillateur 15 vers sa sortie directe à O ', de sorte que les deux lasers 13, 14 ne fonctionnent plus en mode symétrique mais en mode commun Le signal de commutation 23 a indiquant la commutation vers la régulation de la puissance ainsi que le signal cumulé 19 a obtenu des signaux de réception 13 c, 14 c sont amenés à l'unité de réglage de puissance 24 des deux lasers 13, 14 Au cours d'une mesure d'étalonnage, on règle un décalage de puissance entre les deux lasers tel que le signal de réglage- déviation 19 disparaisse pour la position théorique Ainsi, des répartitions irrégulières des intensités à l'intérieur des deux faisceaux laser 13 a, 14 a sont sans influence, étant donné que celles- ci sont compensées par un décalage de puissance entre les deux lasers 13, 14 Afin de séparer les deux signaux de réglage 19, 19 a, différents, le signal de réglage 19 est envoyé à un étage échantillonneur-bloqueur 21. Le signal de réglage-déviation 19 qui n'est plus actif disponible à sa sortie 21 a est maintenu à sa dernière valeur avant la commutation par le signal de commutation 23 a envoyé par le commutateur 23 à l'entrée "blocage" 21 b et peut ainsi être utilisé pour la commande du véhicule sans chauffeur 60. Il est avantageux de n'activer la régulation de la puissance que lorsqu'on obtient la position théorique, c'est- à-dire lorsque le signal de réglage-déviation disparaît. Ainsi, des répartitions irrégulières des intensités à l'intérieur des deux faisceaux laser 13 b, 14 b sont de nouveau sans effet Pour cela, on commute toujours vers la régulation de la puissance lorsque le signal de réglage-déviation 19 à la sortie 21 a est inférieur à une valeur prédéterminée Cette condition est contrôlée par le discriminateur 22 dont la sortie commande le cas échéant le commutateur 23 Après réglage de la puissance à la valeur prédéterminée, l'unité de réglage de puissance 24 envoie un signal de retour 23 b au commutateur 23, de sorte que celui-ci revient à l'état antérieur, c'est- à-dire à la mesure de la déviation Le signal de déviation 19 obtenu ne dépend pratiquement plus de la distance des objets 13 a, 14 a, de leur pouvoir de ré- flexion, etc. L'exemple de réalisation d'un système de transport sans chauffeur décrit à la Figure 4 prévoit la mise en place d'une bande rétro-réfléchissante 11 au plafond d'une halle d'usine Pour son déplacement le long de cette bande réflé- chissante 11 (piste de guidage), dont les bords correspondent ici aux objets 13 a, 14 a, le système de transport sans chauffeur 60 est muni d'une unité centrale 50 comportant un micro-processeur 51 et une mémoire de programmes 52, qui reçoit les signaux du capteur à laser 12, d'un capteur de direction 53 et d'un capteur de rotation de roue 54 du système de transport sans chauffeur 60 Le processeur 51 détermine les signaux 55 a, 56 a pour le dispositif de direc- tion 55 et le dispositif d'entraînement 56 du système de transport sans chauffeur 60 à partir des signaux de capteur entrants 19, 53 a, 54 a ainsi qu'en fonction de la mémoire de programmes 52. Grâce aux mesures décrites précédemment, on obtient un capteur à laser du type indiqué en introduction qui, dans son fonctionnement dans des tâches de mesure de la technique du réglage automatique, correspond pratiquement à deux cap- teurs isolés complets, tandis que la complexité de l'organe correspond sensiblement (exception faite d'un deuxième laser avec optique émettrice) à celle d'un capteur isolé. REVENDICATIONS 1 Capteur à laser à deux faisceaux laser de mesure, auxquels sont associés deux lasers comportant des optiques émettrices et des dispositifs de réception, caracté- risé en ce que les faisceaux laser de mesure ( 13 b, 14 b) sont dirigés dans des directions dans l'espace différentes et un récepteur ( 30) commun, comportant une optique réceptrice ( 16 b) et un détecteur ( 16), dont le champ visuel de réception contient des directions dans l'espace des deux faisceaux laser de mesure ( 13 b, 14 b), est associé aux deux faisceaux de mesure, en ce que les lasers ( 13, 14) sont modulés de manière périodique au moyen d'un dispositif de modulation ( 15) avec des signaux de modulation différents, et en ce qu'un circuit d'exploitation ( 32) monocanal est monté derrière le détecteur ( 16), la sortie dudit circuit d'exploitation délivrant un signal de mesure -( 19) moyenné sur plusieurs périodes de modulation, dont le signe et la valeur dépendent de la différence des intensités réfléchies dans le champ visuel de réception du récepteur ( 30) par les objets ( 13 a, 14 a) éclairés par les deux faisceaux laser de mesure ( 13 b, 14 b). 2 Capteur à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lasers ( 13, 14) sont des diodes laser (am/cw) à émission continue et amplitude modulée, qui sont commandés de manière symétrique par un oscillateur ( 15) commun comportant deux sorties avec un déphasage de 1800, comme dispositif de modulation. 3 Capteur à laser selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation ( 32) comporte un amplificateur à tension alternative ( 16 a), à l'entrée duquel est appliqué le signal du détecteur ( 16), dont le signal de sortie est amené à un redresseur sensible à la phase ( 17) commandé par l'une des deux sorties de l'oscilla- teur ( 15), et dont le signal de sortie, après passage dans un filtre passe-bas ( 18) pour le calcul de la moyenne sur plusieurs périodes de modulation, constitue le signal de mesure ( 19). 4 Capteur à laser selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la forme et la répartitions des intensités des deux faisceaux laser ( 13 b, 14 b) ainsi que la forme et le pouvoir de réflexion des deux objets ( 13 a, 14 a) sont réciproquement adaptés de manière telle, qu'en cas d'écart de position relative entre le capteur à laser ( 12) et les objets ( 13 a, 14 a) par rapport à une position théorique prédéterminée, on obtienne comme signal de mesure ( 19) un signal de réglage ( 19) sensiblement proportionnel à l'écart par rapport à la position théorique. Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux diodes à laser am/cw ( 13, 14) sont commandées de manière répétée, pendant de brefs instants sans déphasage, de manière symétrique par l'oscillateur ( 15) et en ce que pendant ces intervalles de temps, la puissance des deux diodes à laser ( 13, 14) est réglée de manière telle, que le signal de réglage de puissance ( 19 a) représentant la somme des intensités de réception des deux surfaces éclairées ( 13 a, 14 a) à la sortie du redresseur ( 18) soit maintenu constant. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on commute alternativement entre la mesure et le réglage de puissance de manière telle que le laser à diode ( 14) est commuté au moyen d'un commutateur ( 23) entre le mode symétrique et le mode commun par rapport au laser à diode ( 13), le signal de mesure ( 19) disponible à la sortie du filtre passe-bas ( 18) étant amené à un étage échantillonneur- bloqueur ( 21) et le signal de mesure ( 19) qui n'est pas actif étant maintenu à sa dernière valeur avant la commutation, et en ce qu'un discriminateur ( 22) délivre un signal de commuta- tion vers le réglage de la puissance au commutateur ( 23), lorsque le signal de mesure ( 19) appliqué au discriminateur ( 22) est sensiblement égal à zéro, le commutateur ( 23) délivrant alors un signal à l'entrée "blocage" ( 21 b).