Brevet FR2851341A1 — publié le 20040820

I La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de détection. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à un système qui réalise la détection optique d'objets ou de personnes, en particulier d'objets ou de personnes qui se déplacent dans un certain volume. Outre la simple 5 détection, ce système peut, grâce à un traitement particulier, assurer aussi des fonctions de mesure, de comptage, d'identification et de tri. Ainsi, la présente invention se rapporte notamment aux domaines techniques d'application suivants: - Contrôle de passage d'objets, dans des processus industriels et 10 logistiques (traitement de colis), éventuellement avec mesure du gabarit des objets et/ou tri de ces objets selon leur nature ou leur grosseur. - Contrôle d'accès pour les personnes et/ou pour les véhicules, par exemple dans le secteur des transports de personnes. - Protection et sécurité des machines et installations industrielles, 15 utilisant le principe de "barrières immatérielles" telles que les barrières lumineuses. D'une manière générale, les dispositifs de détection optique, utilisés dans ces domaines, sont des systèmes à émetteurs et récepteurs de lumière, dans le spectre visible ou invisible, avec émission de faisceaux 20 lumineux qui sont "coupés" par la présence ou le passage d'un objet ou d'une personne. Les émetteurs sont des lampes électriques classiques à incandescence, ou des diodes électroluminescentes, ces dernières permettant notamment d'émettre des rayons infrarouges. Les récepteurs sont, le plus souvent, des phototransistors qui sont activés dès que la lumière les atteint. Il existe, plus particulièrement, pour la détection d'objets à l'intérieur d'un certain volume, des rampes d'émetteurs et notamment des rampes de diodes électroluminescentes, diodes qui sur ces rampes sont situées en des emplacements relativement proches les uns des autres, la distance entre deux diodes voisines étant de quelques centimètres ou millimètres. Dans ce cas, les 30 récepteurs se situent eux aussi à une faible distance les uns des autres, cette disposition étant censée procurer une grande densité de faisceaux lumineux et une supposée précision de détection. Toutefois, comme l'illustrent les schémas des figures 1 et 2 du dessin schématique annexé, de telles dispositions connues conservent des 35 inconvénients, facilement compréhensibles. En particulier, comme montré sur la figure 1, s'il correspond en théorie à chaque émetteur un seul récepteur, en réalité chaque émetteur "bave" sur les récepteurs voisins du récepteur qui théoriquement lui correspond. Ainsi, en considérant deux émetteurs infrarouges successifs El et 5 E2, et les deux récepteurs correspondants Rl et R2, on voit ici que chaque récepteur RI ou R2 capte les faisceaux issus des deux émetteurs El et E2. Il en résulte qu'un récepteur RI ou R2 ne sera occulté que par un objet coupant simultanément les deux faisceaux, issus respectivement des émetteurs El et E2. Ce phénomène n'est évité qu'en limitant la distance entre les émetteurs El, 10 E2 d'une part, et les récepteurs Rl, R2 d'autre part, de manière à ce qu'aucun émetteur ne "bave" sur les récepteurs autres que le récepteur qui lui correspond. Dans ce cas, toutefois, la largeur du volume de détection est réduite, par exemple à moins de 25 cm, pour des émetteurs (et aussi des récepteurs) placés à des intervalles de 5 cm. Cependant, même en respectant une telle distance, et comme l'illustre la figure 2, un objet A peut échapper momentanément à la détection, si sa dimension est inférieure à la distance D entre deux émetteurs voisins El et E2. Il en résulte un risque de non-détection de l'objet, ou du moins une imprécision de mesure. Pour éviter que les émetteurs ne "bavent" sur les récepteurs, tout en maintenant une distance importante entre les émetteurs d'une part, et les récepteurs d'autre part, il est possible d'exciter successivement les émetteurs, et éventuellement aussi les récepteurs correspondants, de manière à n'avoir, à un instant donné, qu'un seul faisceau actif. Toutefois, la réalisation d'un tel 25 séquencement implique la mise en oeuvre de systèmes relativement importants de comptage et de logique, qui compliquent et renchérissent les systèmes de détection, et qui ralentissent leur fonctionnement. La présente invention vise à éviter les inconvénients précédemment exposés, et elle a donc pour but de fournir un système de 30 détection optique perfectionné, permettant une détection et une mesure précises, sans limitation de distance et avec des points de contrôle multiples, d'une manière simple et économique. A cet effet, le système de détection optique d'objets ou de personnes, objet de l'invention, comprend d'une part un ensemble d'émetteurs 35 de lumière, et d'autre part, en regard de cet ensemble d'émetteurs de lumière, un ensemble de collecte, de centralisation et de corrélation d'informations optiques, incluant une pluralité de guides d'images aboutissant à au moins un capteur matriciel commun. En particulier, un guide d'images est prévu pour chaque zone à surveiller, ce guide d'images étant notamment une fibre optique, et l'extrémité 5 de chaque guide d'images, située face à la zone correspondante à surveiller, est de préférence munie d'une optique, plus particulièrement d'au moins une lentille. Le capteur matriciel, auquel aboutissent les différents guides d'images du système, est par exemple un capteur de type CMOS ou CCD, 10 auquel sont associés, d'une part, une optique avec lentilles et éventuellement avec filtre infrarouge, et d'autre part, un microcontrôleur ou microprocesseur, l'ensemble pouvant être logé dans un boîtier. Le microcontrôleur ou microprocesseur exécute, à l'aide de ses programmes, les algorithmes de détection, par traitement direct des images captées, et aussi, selon les 15 applications du système, les traitements complémentaires pour la mesure, la corrélation, le comptage, éventuellement la décision telle que: autorisation ou interdiction d'accès, arrêt de sécurité d'une machine ou installation. Dans l'ensemble, le système de détection optique, selon la présente invention, possède les avantages suivants: - Ce système possède une grande précision de détection et de mesure, sans qu'une distance minimale soit imposée entre les émetteurs d'une part, et les extrémités des guides d'images d'autre part. - Le système objet de l'invention n'utilise, comme émetteurs, que des lampes classiques ou des diodes électroluminescentes, de sorte qu'il ne 25 présence aucun danger pour les personnes (contrairement aux systèmes qui utilisent des lasers). - Le système proposé est de conception simple et économique, en particulier du fait qu'il ne nécessite aucun séquencement, toutes les lampes ou diodes électroluminescentes étant éclairées de façon continue et simultanée. - L'utilisation de sources émettrices de lumière alimentées en courant électrique continu, de façon permanente, et aussi de fibres optiques, évite toute émission de rayonnements électromagnétiques, de sorte que le système engendre peu de perturbations électromagnétiques. - Le système de détection selon l'invention est lui-même insensible 35 à la lumière ambiante, sous réserve d'utiliser des émetteurs infrarouges. - Le câblage de ce système est très simple, et son installation ne nécessite pas de réglage de position relative entre émetteurs et récepteurs, de sorte que son montage est globalement très simple. - Le faible cot du système permet de multiplier les points ou zones 5 de contrôle, sans augmenter le cot de façon proportionnelle au nombre de ces points ou zones, ce qui permet, pour un faible cot additionnel, d'augmenter la précision du système, ou sa fiabilité en le rendant "redondant". - Le système offre par ailleurs une grande souplesse de disposition des émetteurs d'une part, et des récepteurs aussi grâce aux fibres optiques, ce 10 qui permet des détections et mesures selon plusieurs axes et, en particulier, dans les trois dimensions de l'espace, par exemple pour mesurer la hauteur d'un objet, en plus de la détection de son passage et de la mesure de sa longueur, par exemple dans des applications de tri d'objets. - Quel que soit le nombre des zones à surveiller, les informations 15 véhiculées par les guides d'images se trouvent centralisées, ce qui simplifie la supervision et le câblage. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation et applications de ce 20 système de détection optique: Figure 3 est un schéma de principe d'un système de détection d'objets, conforme à la présente invention, les objets étant en défilement horizontal; Figure 4 est une vue en perspective d'un autre système de 25 détection, pour des objets en chute libre; Figure 5 est une vue en perspective montrant une variante de ce système de détection d'objets en chute libre. La figure 3, à laquelle il sera tout d'abord fait référence, montre un système de détection pour des objets A qui défilent horizontalement suivant la 30 flèche F, en étant entraînés en avant par un convoyeur C, de type quelconque. Le système de détection comprend ici, d'une part, un ensemble d'émetteurs infrarouges 2, disposés le long du convoyeur C, sur un côté de celui-ci. L'intervalle entre deux émetteurs 2 est désigné par D. En regard de l'ensemble d'émetteurs 2, donc sur l'autre côté du 35 convoyeur C, il est prévu un ensemble 3 de collecte, de centralisation et de corrélation d'informations optiques. L'ensemble 3 comprend, en particulier, une pluralité de guides d'images, sous la forme de fibres optiques 4, qui sont dirigées vers un boîtier commun 5. Les extrémités respectives des fibres optiques 4, éloignées du boîtier 5, sont toutes munies d'une optique avec lentille 6. Ainsi, chaque 5 extrémité de fibre optique 4, pourvue d'une optique 6, "voit" une certaine zone à surveiller, notamment en forme de cône d'axe convenablement orienté, désignée par Cl, C2, ... Cn, qui se situe au-dessus du convoyeur C, en regard des émetteurs infrarouges 2. Les zones Cl, C2, ...Cn se suivent ici, en se chevauchant, dans la direction longitudinale du convoyeur C. Les fibres optiques 4 aboutissent, au niveau du boîtier 5, à une optique placée dans ce boîtier 5, et composée d'un filtre infrarouge 7 et de lentilles 8. Egalement à l'intérieur du boîtier 5, sous les lentilles 8, est disposé un capteur matriciel 9 de type CMOS ou CCD, relié à un microcontrôleur 10. En cours de fonctionnement, chaque optique avec lentille 6 15 surveille la zone correspondante Cl, C2, ...Cn, en recevant une image qui est transmise, par la fibre optique 4 correspondante constituant un guide d'images, vers le boîtier 5 qui centralise ainsi les informations correspondant aux différentes zones Cl, C2, ... Cn. Grâce au capteur matriciel 9 et au microcontrôleur 10, ces informations sont collectées, converties et corrélées, 20 de manière à réaliser au moins la détection de chaque objet A qui avance en étant entraîné par le convoyeur C, et le cas échéant la mesure de cet objet et sa reconnaissance, ou encore le comptage des objets A successivement détectés. Selon un aspect important de l'invention, la détection et la mesure 25 éventuelle des objets A sont ici réalisés de façon précise et fiable, sans que soit imposée une valeur minimale pour la distance D entre les émetteurs 2. Comme l'illustre encore la figure 3, d'autres fibres optiques 11, en provenance d'autres points de contrôle, peuvent aussi aboutir au même boîtier 5, ce qui permet de centraliser les informations issues de plusieurs points de 30 contrôle plus ou moins éloignés les uns des autres, par exemple pour superviser plusieurs convoyeurs à l'intérieur d'un atelier ou d'une usine. Enfin, on notera que le boîtier 5 comprend des entrées 12 et des sorties 13, pour introduire dans le microcontrôleur 10 des paramètres et commandes des capteurs correspondants aux différentes zones à surveiller, et 35 pour transmettre, à partir du microcontrôleur 10, des informations sur les émetteurs 2. La figure 4, sur laquelle les éléments correspondant à ceux précédemment décrits sont désignés par les mêmes repères numériques, montre un système de détection d'objets A tombant en chute libre suivant la flèche G, par exemple des pièces produites dans l'industrie et tombant dans un bac, ou des colis dans une installation de tri. Les émetteurs infrarouges 2 forment ici un rideau ou un réseau d'émetteurs, s'étendant dans un plan vertical, face à la zone de chute des objets A. L'ensemble 3 se limite par contre à deux fibres optiques 4, se terminant par des optiques 6 respectives qui se situent en regard des 10 émetteurs 2 et "voient" deux zones respectives Cl et C2, d'allure conique. Ces deux zones Cl et C2, de même forme, se situent ici à même hauteur mais sont orientées différemment, de sorte que les deux optiques 6 "voient" le même volume mais en l'observant sous un angle différent. Ainsi, chaque objet A tombant en chute libre pourra être détecté, et 15 éventuellement mesuré et identifié, grâce aux composants logés dans le boîtier 5. Comme précédemment, ce boîtier 5 peut aussi constituer le point d'aboutissement d'autres fibres optiques 11, par exemple pour la détection similaire d'objets sur d'autres lignes de fabrication ou de tri. Enfin, la figure 5 représente une variante de ce système de 20 détection d'objets A tombant en chute libre. L'ensemble d'émetteurs comprend ici deux panneaux ou rideaux d'émetteurs infrarouges, respectivement 2' et 2", disposés dans deux plans verticaux perpendiculaires l'un à l'autre. L'ensemble 3 comprend une première série de fibres optiques 4' avec optiques terminales respectives 6', qui se situent en regard du premier panneau d'émetteurs 2', et 25 "voient" une première série de zones C'1 à C'n. Cet ensemble 3 comprend aussi une seconde série de fibres optiques 4" avec optiques terminales respectives 6", qui se situent en regard du second panneau d'émetteurs 2", et "voient" une seconde série de zones C"1 à C"n. Toutes les fibres optiques 4' et 4" des deux séries aboutissent au même boîtier 5. Chaque objet A, tombant 30 suivant la direction verticale (axe z), peut être ainsi détecté, et mesuré selon les axes horizontaux x et y. Une mesure du même objet A selon l'axe z est aussi possible, grâce aux nombreuses prises de vues de cet objet faites à intervalles réguliers, très rapprochés. Ainsi, l'objet A peut être mesuré suivant ses trois axes. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution, et utilisations, de ce système de détection optique qui ont été décrits ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - en prévoyant toutes dispositions spatiales des émetteurs, et des extrémités de fibres optiques situées en regard des émetteurs; - en remplaçant les fibres optiques par tous autres guides d'images, aptes à assurer la transmission d'informations optiques, et plus généralement en ayant recours à tous équivalents des moyens décrits précédemment; - en utilisant de la lumière blanche, et non pas infrarouge, 10 notamment pour pouvoir effectuer aussi une détection de couleurs; - en appliquant le système à la détection de personnes, et non plus d'objets, en particulier la détection du passage de personnes dans un couloir délimité, notamment pour réaliser un système de contrôle d'accès; - en utilisant le même système dans un dispositif de surveillance ou 15 de sécurité, par exemple pour la détection de l'ouverture du capot d'une machine, pour sa mise à l'arrêt automatique, sans nécessité d'installer un dispositif particulier sur la machine elle-même. REVENDICATIONS 1. Système de détection optique d'objets ou de personnes, 5 caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un ensemble d'émetteurs de lumière (2), et d'autre part, en regard de cet ensemble d'émetteurs de lumière (2), un ensemble (3) de collecte, de centralisation et de corrélation d'informations optiques, incluant une pluralité de guides d'images (4) aboutissant à au moins un capteur matriciel (9) commun. 10 2. Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les émetteurs de lumière (2) sont des émetteurs infrarouges. 3. Système de détection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé 15 en ce que les guides d'images (4) sont des fibres optiques. 4. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité de chaque guide d'images (4), située face à la zone correspondante (Cl, C2, ... Cn) à surveiller, est munie d'une 20 optique (6), plus particulièrement d'au moins une lentille. 5. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capteur matriciel (9), auquel aboutissent les différents guides d'images (4), est un capteur de type CMOS ou CCD, auquel 25 sont associés, d'une part, une optique avec lentilles (8) et éventuellement avec un filtre infrarouge (7), et d'autre part, un microcontrôleur ou microprocesseur (10). 6. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 30 1 à 5, caractérisé en ce qu'aboutissent, à un même boîtier (5) logeant le capteur matriciel (9), des guides d'images (4, 11) en provenance de plusieurs points de contrôle. 7. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 35 1 à 6, caractérisé en ce que, pour la détection d'objets (A) qui défilent horizontalement (flèche F), sur un convoyeur (C), le système comprend un ensemble d'émetteurs de lumière (2) disposés le long du convoyeur (C), sur un côté de celui-ci, tandis que l'ensemble (3) de collecte, de centralisation et de corrélation d'informations optiques est prévu de l'autre côté du convoyeur (C), l'extrémité (6) de chaque guide d'images (4) "voyant" une zone à surveiller (Cl, C2,... Cn) qui se situe au-dessus du convoyeur (C). 8. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour la détection d'objets (A) tombant en chute libre (flèche G), le système comprend un rideau ou réseau d'émetteurs (2), 10 s'étendant dans un plan vertical, ou deux panneaux ou rideaux d'émetteurs (2', 2"), disposés dans deux plans verticaux perpendiculaires l'un à l'autre. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la détection du passage de personnes 15 dans un couloir délimité, notamment pour réaliser un système de contrôle d'accès.