Brevet FR2711238A1 — publié le 19950421

DISPOSITIF DE MESURE ANGULAIRE. NOTAMMENT POUR LE CONTROLE DE LA GEOMETRIE DES VEHICULES. L'invention est relative à un dispositif de mesure angulaire, notamment pour le contrôle de la géométrie des véhicules. On connaît de nombreux appareils de contrôle géométrique pour l'alignement des roues des véhicules, notamment ceux décrits par les documents US 3 865 492, US 3 901 604, US 4 319 838, US 4 594 789, US 4 854 702 et US 5 018 853. Dans ces appareils connus, une source de rayonnement lumineux solidarisée à une roue du véhicule contrôlé éclaire un capteur solidaire d'une autre roue du véhicule, qui fournit un signal traité par un dispositif de traitement et d'exploitation des signaux pour fournir des valeurs angulaires recherchées. La disposition habituelle des appareils de contrôle géométrique des véhicules automobiles est décrite notamment par le brevet européen EP O 015 826: un ensemble de six boîtiers de mesure est fixé aux roues avant et arrière du véhicule contrôlé; un boîtier à chaque roue arrière et un ensemble de deux boîtiers rigidement liés entre eux à chaque roue avant. Chaque boîtier comporte une source de rayonnement et un capteur sensible au rayonnement émis par la source, de manière que la source de rayonnement d'un premier boîtier rayonne vers le capteur d'un deuxième boîtier et que la source de rayonnement de ce deuxième boîtier rayonne vers le capteur de ce premier boîtier. La présente invention s'applique à toute source de rayonnement non focalisé et à tout capteur sensible à une telle source de rayonnement. A titre de mode de réalisation préféré, on choisit une source de rayonnement infra-rouge et un capteur linéaire du type CCD ("Charge Coupled Device" ou "cellule à diodes à couplage de charges"). La source de rayonnement infrarouge est réalisée par exemple sous forme d'un ensemble comportant une lampe "flash" produisant des éclairs d'une durée de 500 microsecondes, avec une 2 2711238 puissance instantanée de 1000W et des intervalles d'obscurité de 300 millisecondes correspondant alternativement à la mesure sur l'un ou l'autre boîtier. Le capteur CCD est par exemple un capteur linéaire à 2048 points ou pixels, notamment du type commercialisé par la Société de droit américain FAIRCHILD ou par la Société de droit japonais SONY. Les systèmes connus donnent généralement satisfaction, mais présentent des possibilités limitées: en effet, l'utilisation d'un capteur linéaire ne permet en général d'effectuer une mesure angulaire que dans un seul plan. Si l'on désire effectuer des mesures bidimensionnelles, il est nécessaire d'utiliser une cellule matricielle relativement coûteuse. L'invention a pour but de perfectionner le contrôle géométrique des véhicules, au moyen d'un dispositif présentant une résolution et une étendue de mesure améliorées, de conception simple et de fabrication économique, n'utilisant en particulier que des capteurs optiques économiques de type linéaire. L'invention a pour objet un dispositif de mesure angulaire, notamment pour le contrôle de la géométrie des véhicules, du type comportant au moins un boîtier de mesure, ledit boîtier de mesure comportant au moins une fente transparente au rayonnement lumineux provenant d'une source externe et au moins un détecteur optique linéaire disposé en aval de la fente dans le sens incident du rayonnement lumineux pour détecter l'image de la source formée par la fente, le détecteur étant incliné suivant un angle (A, B, C, D) aigu avec le plan passant par l'axe longitudinal de la fente et l'axe longitudinal de l'image de la source S sur le détecteur. Selon des caractéristiques additionnelles de l'invention: - ledit angle aigu (A, B, C, D) est de préférence compris entre 30 et 60 degrés d'angle, -J 2711238 - le deteuteur est situé dans un plan parallèle au plan de la fente et tait avec la direction perpendiculaire à un axe longitudinal de la fente un angle aigu (A), - le détecteur est situé dans un plan qui fait un angle aigu avec l'axe optique du faisceau incident, - le dispositif comporte au moins un miroir de repli du faisceau incident, de manière à minimiser le volume et les dimensions du boîtier, - le dispositif comporte au moins un boltier qui comporte plusieurs fentes, - le boltier comporte au moins un prisme de déviation du faisceau lumineux, de manière à minimiser l'écartement entre fentes, - la fente est en forme de croix comportant deux fentes perpendiculaires, - la croix supporte au voisinage de l'axe optique un fil ou run tiCaue apte à se proj'ter sur une barrette du détecteur optique Ilinéaire, - une fente, au moins, est remplacée par un fil ou un peigne opaque, de manière à deéinir une image inverse sur le capteur optique linéaire, - le boîtier porte une source de rayonnement lumineux qui est une lampe du type tube à gaz produisant des éclairs lumineux entre deux électrodes, - dans le cas d'un dispositif comportant plusieurs fentes, la largeur d'une fente donnée est différente de la largeur d'une autre fente, - une fente est une fente dynamique. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexes dans lesquels: La figure i représente schématiquement en perspective un boîtier de dispositif selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement et partiellement un ri,:'. uH r;ne de realit... Oro d.C r 'ri,, Ir, La f igure. repr&_ente sch'a t i quemiert et partialleient un deuxièie mode de réalisatiorn de i 'inrivention. La figure I représente schématiquement et partiellement un ti' - Lde de reaiisdi.oi de 'i r-ention 4 2711238 La figure 5 représente schématiquement et partiellement un quatriinie mode de réalisation de l'invention. La figure 6 représente schématiquement et partiellement un cinquième mode de réalisation de l'invention. La figure 7 représente schématiquement une application de l'invention à la mesure des distances par triangulation. En référence a la figure 1, un boîtier i du dispositif selon l'invention comporte des moyens d'accrochage sur une jante de roue de véhicule à contrôler, lesdits moyens d'accrochage comportant par exemple des griffes ou crampons 2, 3 et un moyen de réglage symétrique en hauteur non représenté. Le boîtier i supporte une source 4 d'émission de rayonnement lumineux 5 dirigé vers un autre boîtier non représenté solidaire d'une autre roue. Du côté opposé à la sortie du rayonnemenrit, lumri eux 5, le boîtier contient un module éiectronique 6 de mesure et d'alimentation accessible par démontage d'un capot 7 de protection. Le boitier présente unre conformation 8 d'enveloppe sensiblemerit parallélépipédique contenant la source 4 constituant un émetteur optique et un espace 9 intérieur adapté a la réception optique d'un rayonnement 10 en provenance de i'autre boîtier précité. L'espace 9 intérieur est étanche aux impureLtes et est entièrement fermé par des parois latérales, dont 1 'une contient un filtre 11 transparent au rayonnement incident 10 situé à l'emplacement d'une fente d'admission du rayonnement lumineux à l'intérieur de l'espace 9. En référence aux figures 1 et 2, un montage optique intérieur à un boîtier de dispositif selon l'invention comporte en regard d'une source S de rayonnement solidaire d'un autre boîtier une fente de définition 20 pour définir l'image 22 de la source S sur le détecteur linéaire 21 sensible ui, rayorreuerit de -I& -.o'._ ' S. B gbien entendu la fente de colTimiation 20 peut être efmpidce plar unre lentille cyl indrique ou tout autre él ment opt i que sans sor tir du c dre de la présente i ri v t! tu i 1 Selon l'invention, le détecteur 21 est incliné suivant un angle A avec le plan passant par l'axe longitudinal de la fente 20 et l'axe longitudinal de l'image 22 de la source S sur le détecteur 21. En inclinant ainsi le détecteur dans le plan perpendiculaire à l'axe optique 23 selon un angle A, on constate que la largeur apparente des pixels diminue, ce qui provoque une augmentation de la résolution des pixels ou points du détecteur linéaire 21. Plus précisément, la largeur apparente des pixels relativement à la fente est multipliée par le cosinus de l'angle d'inclinaison A: la résolution est donc multipliée par l'inverse du cosinus de l'angle A d'inclinaison; L'angle A est de préférence compris entre 30 et 60 degrés d'angle sexagésimaux; la résolution est donc dans ce cas augmentée de 15% à 100%. L'invention permet ainsi, par le simple moyen de l'inclinaison A précitée, d'obtenir une résolution supérieure et ceci à dimensions de boîtier de mesure constantes: dans cette variante de réalisation, l'invention permet avantageusement l'utilisation de boîtiers parallélépipédiques de type connu et de dimensions connues. Par conséquent, les dispositifs selon l'invention diffèrent essentiellement des dispositifs connus par l'agencement des boîtiers précités et les modifications correspondantes du logiciel de traitement des données faisant partie de ces dispositifs: la plaque 24 ou structure analogue de support de la fente 20, la plaque 25 ou structure analogue de support de capteur optique CCD qui est sensiblement parallèle à la plaque 24 précitée et la plaque de liaison 26 ou fond de boîtier non représenté sont dans ce cas identiques ou similaires aux plaques et/ou structures des boîtiers connus. En référence à la figure 3, un autre montage optique intérieur à un boîtier de dispositif selon l'invention comporte également une fente 30 de définition en regard d'une source S de rayonnement solidaire d'un autre boîtier. Un détecteur linéaire optique 31 est disposé 6 2711238 de manière à recevoir l'image 32 de la source S collimatée par la fente 30 ou moyen de collimation équivalent. Selon l'invention, le détecteur linéaire 31 disposé sur le chemin de l'axe optique 33 est disposé selon un angle B avec la direction parallèle 3 la plaque 34 dans laquelle est ménagée la fente 30. A cet effet, la plaque 35 ou structure analogue de support du capteur optique CCD 31 est montée par rapport à la plaque 36 de liaison solidaire du boîtier de mesure non représenté selon un angle B compris de référence entre 30 et 60 degrés d'angle sexagésimaux: cette disposition entraîne par conséquent une augmentation de résolution comprise entre 15% et 100% par rapport aux dispositions de l'art antérieur. Dans cette variante de réalisation, le changement de disposition géométrique entraîne, soit un passage à une forme prismatique de boîtier, soit une conservation de forme parallélépipédique et un changement de disposition des modules et composants électroniques placés habituellement au dos de la plaque de support 35. En référence à la figure 4, un autre montage optique intérieur à un boîtier de dispositif selon l'invention comporte deux fentes de largeur inégale formant une croix 40 de définition sur un capteur optique linéaire 41 d'une image 42 d'une source S de rayonnement solidaire d'un autre boîtier. La croix 40 de définition comporte une fente sensiblement horizontale 40a de largeur a et une fente sensiblement verticale 40b de largeur b. Pour permettre une meilleure discrimination des images 42a et 42b de la source de rayonnement S et en déduire les déplacements angulaires correspondants respectivement autour d'un axe vertical et horizontal, les largeurs a et b peuvent être différentes l'une de l'autre d'une valeur supérieur ou égale à cinq fois la largeur d'une barrette de capteur CCD: dans le cas d'un capteur linéaire CCD à 2048 points présentant une largeur de barrette de 14 micromètres, les largeurs a et b diffèrent par conséquent de 70 micromètres au moins. Dans cet exemple, le plan de la fente en croix 40, c'est-à-dire le support 44 et le plan du capteur linéaire 41, c'est-à-dire le support 45 sont sensiblement parallèles entre eux. Le capteur optique linéaire 41 est incliné dans le plan 45 de manière à faire un angle C avec l'image 42a de la fente horizontale 42. On dispose avantageusement au centre de la croix 40 un fil 40 c ou un réticule, de préférence de manière que la position initiale du chemin optique 43 reliant la source S de rayonnement au centre de son image 42 passe par ce fil ou réticule 40c: le fil 40c ou réticule est incliné de manière que, dans cette position, son ombre 42c vienne obscurcir une ou plusieurs barrettes du capteur linéaire 41. Cette disposition définit ainsi un repère d'origine correspondant à l'image 42c du fil ou réticule 40c et permet de considérer que la source S de rayonnement donne deux images sur les cellules du capteur optiques séparées par l'image 42c d'origine. Les images ainsi définies dans le plan 45 parallèle à la fente 40 donnent par un calcul simple l'indication de la position de la source S suivant la verticale et l'horizontale et fournissent par un calcul trigonométrique simple les variations angulaires correspondantes. A titre d'exemple, si l'on désigne par f la distance entre la fente 40 et l'image 42 de la source S de rayonnement, par x le déplacement horizontal par rapport à l'origine et par y le déplacement vertical par rapport à l'origine, les angles H et V de déplacement respectivement autour de la verticale et de déplacement autour de l'horizontale du rayon incident sont donnés par les formules suivantes H = Arctg (x/f) V = Arctg (y/f) L'invention permet ainsi de manière particulièrement économique d'effectuer une mesure dans deux dimensions ou d'obtenir deux valeurs angulaires au moyen d'un seul capteur optique linéaire en supprimant par 8 2711238 conséquent les coûteuses cellules matricielles de l'art antérieur. L'angle C d'inclinaison est de préférence compris entre 30 et 60 degrés d'angle sexagésimaux; une valeur d'angle C égale à 45 degrés donne entièrement satisfaction; mais il est également possible de définir la valeur de l'angle C d'inclinaison en fonction des résolutions demandées respectivement selon la verticale ou selon l'horizontale. Il est également possible de prévoir un plan 45 non parallèle à la fente 40, de manière que le capteur linéaire 41 soit disposé avec un angle supplémentaire B. autour de la verticale, de manière analogue au mode de réalisation de la figure 3: toutefois, dans ce cas, l'angle B1 est de préférence compris entre 0 et 45 degrés d'angle. Bien entendu, les fentes décrites en référence aux figures 1 à 4 peuvent être remplacées par des fils ou des peignes opaques, de manière à définir des ombres ou images inverses sur un capteur linéaire 21 ou 31 ou 41, sans sortir du cadre de la présente invention. L'invention s'étend également au cas de plusieurs fentes parallèles les unes aux autres: cette variante avantageuse non représentée permet en utilisant les dispositions décrites en référence aux figures 1 à 3 de couvrir la plage totale de mesure dont l'étendue est d'environ 25 degrés d'angle au moyen de trois fentes parallèles en obtenant une résolution de 20 secondes d'angle sexagésimales par point du capteur optique linéaire. Bien entendu, on pourra également augmenter le nombre de fentes parallèles (ou éventuellement perpendiculaires entre elles) de manière à augmenter la plage de mesure. Ce résultat est obtenu aussi bien dans la disposition analogue à celle de la figure 2 que dans la disposition analogue à celle de la figure 3 ou 4. L'invention, décrite en référence à des fentes réalisées par découpe de matière ou gravure chimique ou 9 2711238 tout autre procédé d'enlèvement de matériau opaque au rayonnement, s'applique bien entendu aux système comportant des fentes qualifiées de "dynamiques" par les spécialistes, réalisées par exemple par commande de l'opacité d'un écran à cristaux liquides pilotable électriquement pour simuler un déplacement d'une fente en opacifiant de manière choisie différents segments de l'écran à cristaux liquides. Pour réaliser ces fentes "dynamiques", il est également possible de déplacer des fentes découpées ou gravees au moyen d'un système motorisé ou de tout autre moyen de déplacement mécanique, piézoélectrique ou équivalent. Il est avantageux d'utiliser plusieurs fentes parallèles ou une fente dynamique équivalente, car cette disposition permet d'obtenir en plus des angles H et V précités une base de triangulation pour calculer de proche en proche toutes les distances et tous les écarts caractéristiques du véhicule contrôlé, de façon économique au moyen d'un seul capteur linéaire. En particulier, la distance d de la source S au plan des fentes de définition s'obtient dans le cas de la figure 7 par résolution de l'équation suivante: d+f +x', ou e est l'écartement entre les fentes, f la d ' e distance entre la fente et l'image, x et x' les distances des images à l'axe optique du capteur. En référence à la figure 5, un bottier 49 schématisé en coupe par un plan vertical comporte en face avant deux fentes 50a, 50b parallèles et transparentes à un rayonnement en provenance d'une source S non représentée, de manière à définir une image de la source S sur un capteur optique linéaire 51 sensiblement plan et orienté selon un angle D par rapport à l'axe optique du rayonnement incident. L'angle D est de préférence compris entre 30 et 60 degrés d'angle sexégésimaux; dans l'exemple représenté, l'angle D est sensiblement égal à 45 degrés. L'invention est similaire dans cette variante aux variantes décrites en référence aux figures i à 4; 2711238 toutefois, dans le but de minimiser le volume et les dimensions extérieures du boîtier 59, on prévoit dans cet exemple de replier une fois le faisceau lumineux incident avant d'éclairer le capteur optique 51 monté sur le support 52. Le repli du faisceau optique résulte de l'installation d'un miroir plan 53 ou organe réfléchissant équivalent qui renvoie et concentre le faisceau lumineux incident sur le capteur optique linéaire 51: à cet effet, le miroir plan 53 ou analogue est incliné par rapport à la direction du faisceau incident d'un angle D/2, dans et exemple d'un angle de 221 degrés d'angle. Ce quatrième mode de réalisation permet une fabrication particulièrement compacte: en effet, à titre d'exemple, la dimension du côté de la section carrée du boîtier est dans cet exemple inférieure à 60mm. En référence à la figure 6, un boîtier 59 comporte trois fentes 60a, 60b, 60c disposées sensiblement parallèlement et pratiquées dans une paroi 62. Chaque fente 60a ou 60b ou 60c est destinée à couvrir une plage de mesure angulaire prédéterminée, de manière à fournir une image d'une source de rayonnement lumineux non représenté sur un détecteur optique linéaire 61. Lorsque l'on désire mesurer une plage angulaire relativement étendue de l'ordre de 30 degrés d'angle, il est nécessaire de prévoir une distance entre fentes relativement importante. Dans ce cas, l'écartement entre les fentes externes 60a et 60c et la fente médiane 60b a pour conséquence une variation notable de la distance de la source de rayonnement à chacune des fentes 60a et 60c, ce qui entraîne une variation de l'angle mesuré en fonction de la distance à la source. Dans cette variante de réalisation, on prévoit de dévier les faisceaux optiques passant par les fentes externes 60a et 60c, de manière à pouvoir rapprocher les fentes 60a et 60c de la fente 60b en conservant la même plage angulaire de mesure. Cette disposition a pour avantage de pouvoir diminuer la taille du boîtier. Pour dévier les faisceaux optiques vers l'axe 63 du système optique, on prévoit de monter deux prismes 64 et 65 de type connu à l'arrière des fentes 60a et 60c. A titre indicatif, un montage optique, dans lequel les fentes 60 sont espacées l'une de l'autre d'une distance inférieur à 3mm et dans lequel les prismes déviateurs 64 et dévient les faisceaux optiques externes d'une valeur angulaire d'environ 9 degrés d'angle, donne entièrement satisfaction. Sur la figure 6, le capteur linéaire 61 est monté dans un plan faisant un angle avec la direction parallèle au plan 62; l'invention n'est pas limitée à cette disposition de capteur mais couvre également toutes les dispositions de capteur combinant la figure 6 avec l'une quelconque des figures i à 5 ou plusieurs d'entre elles. En particulier, si l'on désire obtenir un boîtier de dispositif selon l'invention particulièrement compact, on prévoit de monter un miroir 66 symbolisé en traits pointillés en aval des prismes 64 et 65 pour obtenir une disposition analogue à celle de la figure 5. L'invention décrite en référence à un capteur optique linéaire du genre CCD (cellule à diodes à couplage de charges) s'applique également à tout autre type de capteur optique linéaire; par exemple à des capteurs appelés PSD (détecteurs sensibles à la position), par l'homme de l'art. 12 2711238 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure angulaire notamment pour le contrôl1e de la géométrie des véhicules, du type comportant au moins un boîtier de mesure, ledit bottier de mesure comportant au moins une fente transparente au rayonnement lumineux, une lentille cylindrique ou autre moyen de définition d'image équivalent, provenant d'une source externe et au moins un détecteur optique linéaire disposé en avant de la fente dans le sens incident du rayonnement lumineux pour détecter l'image de la source formée par la fente, caractérisé en ce que le détecteur (21, 31, 41, 51, 61) est incliné suivant un angle (A, B, C, D) aigu avec le plan passant par l'axe longitudinal de la fente (20) et l'axe longitudinal de l'image (22) de la source S sur le détecteur (21). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle aigu (A, B, C, D) est de préférence compris entre 30 et 60 degrés d'angle. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur (21, 41) est situé dans un plan paralèlle (25) au plan (24, 44) de la fente (20, 40) et fait avec la direction perpendiculaire à un axe longitudinal de la fente (20, 40) un angle aigu (A). 4.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur (31, 51, 61) est situé dans un plan (35, 45, 52) qui fait un angle aigu (B, D) avec l'axe optique (33) du faisceau incident. 5.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins un miroir (53) de repli du faisceau incident, de manière à minimiser le volume et les dimensions du bottier (49). 6.- Dispositif selon l'une des revendications' précédentes, caractérise en ce que le dispositif comporte au moins un boitier (49, 59) qui comporte plusieurs fentes 13 2711238 (50a, 50b; 60a, 60b, 60c) ou organes de définition d'image. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bottier (59) comporte au moins un prisme (64 ou 65) de déviation du faisceau lumineux, de manière à minimiser l'écartement entre fentes (60a, 60b, c) ou organes de définition d'image. 8.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fente (40) est en forme de croix comportant deux fentes perpendiculaires (40a, 40b) ou organes de définition d'image perpendiculaires. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la croix (40) supporte au voisinage de l'axe optique (43) un fil ou un réticule (40c) apte à se projeter sur une barrette du détecteur optique linéaire. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: au moins une fente est remplacée par un fil ou un peigne opaque, de manière à définir une image inverse sur le capteur optique linéaire (21, 31, 41, 51, 61). 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (1) porte une source (4) de rayonnement lumineux qui est une lampe du type tube à gaz produisant des éclairs lumineux entre deux électrodes, éclairs d'une durée prédéterminée à des intervalles de temps prédéterminés. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant plusieurs fentes, caractérisé en ce que la largeur d'une fente donnée est différente de la largeur d'une autre fente. 13.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une fente est.ure ftente dyrinamique. e