Brevet FR3031183A1 — publié le 20160701

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour contrôler, à l'aide d'un faisceau laser, l'état d'une surface, par exemple une pièce usinée, afin d'y détecter d'éventuels défauts superficiels. On connaît déjà, par exemple par le document US 4 296 333, des dispositifs de contrôle comportant : - un générateur laser émettant un faisceau laser de contrôle, - un système optique pour focaliser ledit faisceau laser sur ladite surface, - un dispositif de déplacement relatif pour communiquer audit faisceau laser de contrôle un mouvement de balayage de ladite surface par ledit faisceau laser, et - un dispositif de traitement pour traiter le signal lumineux renvoyé par ladite surface en réponse à l'illumination par ledit faisceau laser de contrôle afin de déterminer ledit état de surface. Ces dispositifs de contrôle connus présentent l'inconvénient, pour être précis, de nécessiter que le faisceau laser de contrôle soit orthogonal à ladite surface et que la distance entre le système optique et la surface reste sensiblement constante. En d'autres termes, ces dispositifs connus exigent un contrôle précis de l'orthogonalité du faisceau laser de contrôle par rapport à la surface et sont peu appropriés à être utilisés pour contrôler des surfaces non planes comportant des parties convexes et/ou concaves. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. À cette fin, selon l'invention, le procédé pour contrôler l'état d'une surface, procédé selon lequel : - on balaye ladite surface par un faisceau laser de contrôle focalisé par un système optique, et - on traite le signal lumineux renvoyé par ladite surface en réponse à l'illumination par ledit faisceau laser de contrôle pour déterminer ledit état de surface, est remarquable en ce que : - on rend variable la distance focale dudit système optique, et 3031183 2 - pour chaque position relative dudit faisceau laser de contrôle par rapport à ladite surface : - on détermine la distance objectif - surface entre l'objectif dudit système optique et ladite surface, et 5 - on impose audit système optique de prendre une valeur de distance focale égale à la distance objectif - surface ainsi déterminée. Ainsi, grâce à la présente invention, le faisceau laser de contrôle ne nécessite plus d'être orthogonal à la surface contrôlée, de sorte qu'il est 10 possible de contrôler cette dernière avec précision, sans se préoccuper de l'orthogonalité du faisceau laser de contrôle et/ou de la planéité de ladite surface. De préférence, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention : 15 - on détermine un point de référence fixe sur le trajet lumineux du faisceau laser de contrôle, en amont dudit système optique (par rapport au sens de propagation dudit faisceau laser de contrôle vers ladite surface), et - on calcule ladite distance objectif - surface entre l'objectif dudit système optique et ladite surface à partir : 20 - de la distance entre ledit point de référence et ladite surface, et - de la distance entre ledit point de référence et ledit objectif. Ledit système optique peut être du type lunette ou telescope à objectif et oculaire, la distance focale dudit système optique étant alors rendue 25 variable par déplacement de l'oculaire. Dans une première forme de mise en oeuvre de l'invention, on utilise un télémètre du type télémètre laser, le faisceau laser de mesure du télémètre est amené à suivre le trajet lumineux du faisceau laser de contrôle à partir d'un point de référence en amont dudit système optique, ledit télémètre 30 permettant de déterminer la distance D entre ledit point de référence et ladite surface, et ladite distance objectif - surface entre l'objectif dudit système 3031183 3 optique et ladite surface est déterminée par la différence D-L, L étant la distance entre ledit point de référence et l'objectif du système optique. Selon une deuxième forme de mise en oeuvre de l'invention, on utilise un générateur laser apte à remplir de plus la fonction de télémètre, ledit 5 générateur laser mesure la distance Dl entre sa sortie et ladite surface et ladite distance objectif - surface entre l'objectif du système optique et ladite surface est déterminée par la différence D1-L1, Ll étant la distance entre ladite sortie du générateur laser et l'objectif du système optique. Selon une troisième forme de mise en oeuvre de l'invention, pour le 10 traitement du signal lumineux renvoyé par ladite surface, on utilise un dispositif de détection du signal lumineux renvoyé par ladite surface qui est apte à remplir de plus la fonction de télémètre laser, le faisceau laser de mesure du dispositif de détection est amené à suivre le trajet lumineux du faisceau laser de contrôle à partir d'un point de référence en amont dudit 15 système optique, ledit dispositif de détection permet de déterminer la distance D2 entre ledit point de référence et ladite surface et ladite distance objectif surface entre l'objectif du système optique et ladite surface est déterminée par la différence D2-L2, L2 étant la distance entre ledit point de référence et l'objectif du système optique. 20 La présente invention concerne de plus un dispositif de contrôle de l'état d'une surface, ledit dispositif de contrôle comportant : - un générateur laser émettant un faisceau laser de contrôle balayant ladite surface, 25 - un système optique pour focaliser ledit faisceau laser de contrôle, et - un dispositif de détection pour recevoir et traiter le signal lumineux renvoyé par ladite surface en réponse à l'illumination par ledit faisceau laser de contrôle, en vue de déterminer ledit état de surface, et étant remarquable en ce que : 30 - ledit système optique est à distance focale variable, et 3031183 4 - ledit dispositif de contrôle comporte de plus : - un télémètre permettant de déterminer la distance objectif - surface entre l'objectif du système optique et ladite surface, et - un dispositif de réglage de la distance focale dudit système optique 5 imposant à ce dernier de prendre une valeur de distance focale égale à ladite distance objectif - surface. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques 10 désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un premier exemple de mise en oeuvre de la présente invention. Les figures 2 et 3 illustrent, également en schémas synoptiques, deux variantes de mise en oeuvre de la présente invention. 15 Le dispositif de contrôle 1, conforme à la présente invention et illustré schématiquement par la figure 1, est destiné à contrôler la surface 2 d'un corps 3 pour y détecter d'éventuels défauts superficiels. Le dispositif de contrôle 1 comporte un générateur laser 4, continu, 20 pulsé, modulé ou à très haute fréquence, adressant, par sa sortie 4A, un faisceau laser de contrôle 5 sur la surface 2, à travers un système optique 6. De façon connue et non représentée, des moyens tels que table XY, montage à la Cardan, miroirs rotatifs, etc... sont prévus pour créer un mouvement relatif entre le dispositif de contrôle 1 et la surface 2 ou entre le faisceau laser 25 de contrôle 5 et ladite surface 2, afin que ledit faisceau laser 5 balaye cette dernière selon deux axes rectangulaires X-X, Y-Y. Le système optique 6 comporte un objectif fixe 6A et un oculaire mobile 6B, de sorte qu'il est possible de faire varier la distance d entre ledit objectif 6A et ledit oculaire 6B pour faire varier la distance focale F dudit 30 système optique 6. 3031183 5 Le dispositif de contrôle 1 comporte de plus un télémètre laser 7 émettant, par sa sortie 7A, un faisceau laser de mesure 8, qui est amené à suivre le même chemin optique que le faisceau laser de contrôle 5 du générateur 4 par l'intermédiaire d'un élément optique 9 (prisme, miroir 5 partiellement transparent,...) disposé à un point de référence 10 du chemin optique du faisceau laser de contrôle 5 en amont du système optique 6. Ce point de référence 10 est disposé à une distance e de la sortie 7A du télémètre laser 7 et à une distance L de l'objectif 6A, les distances e et L étant connues par construction du dispositif 1. 10 Ainsi, le télémètre laser 7 mesure la distance e+D entre sa sortie 7A et la surface 2. Le dispositif de contrôle 1 comporte également un dispositif de calcul 11, commandant un dispositif moteur 12 (de n'importe quel type connu et simplement représenté par une double flèche sur la figure 1) apte à déplacer 15 l'oculaire 6B pour faire varier la distance d entre celui-ci et l'objectif 6A et donc la distance focale du système optique 6. Le dispositif de calcul 11 reçoit, du télémètre 7, la distance e+D qui est mesurée par ce dernier et dont il connaît la distance e par construction. De même, le dispositif de calcul 11 connaît, par construction, la distance L entre 20 le point de référence 10 et l'objectif 6A, ainsi que la loi de variation de la distance focale F du système optique 6 en fonction de la distance d entre l'oculaire 6B et l'objectif 6A. Le dispositif de calcul 11 est donc apte à calculer la différence D-L qui correspond à la valeur que doit prendre la distance focale F du système 25 optique 6 pour que le faisceau laser de contrôle 5 soit focalisé sur la surface 2, ainsi que la valeur que doit prendre la distance d entre l'objectif 6A et l'oculaire 6B pour que ladite distance focale F prenne la valeur D-L. Il commande donc en conséquence le dispositif moteur 12 qui déplace l'oculaire 6B, afin que la distance focale F du système optique 6 soit égale à D-L. 30 Le dispositif de contrôle 1 comporte de plus un dispositif de détection 14 pour recevoir et analyser le signal lumineux 17 renvoyé (par réflexion, 3031183 6 diffusion,...) par la surface 2 en réponse à l'illumination par le faisceau laser de contrôle 5. À cet effet, un élément optique séparateur 15 est prévu en un point 16 du chemin optique du faisceau laser de contrôle 5, pour adresser ce signal optique 17 au dispositif de détection 14. Ce dernier est donc apte à 5 déceler d'éventuels défauts de la surface 2. Dans la variante de réalisation 1.1 du dispositif conforme à la présente invention représentée sur la figure 2, le générateur laser 4.1, à très haute fréquence et émettant le faisceau laser de contrôle 5, est de plus apte à 10 remplir la fonction de télémètre. Par suite, par rapport au dispositif de contrôle 1 de la figure 1, le télémètre laser 7 et l'élément optique 9 sont supprimés, les autres éléments restant à l'identique. Dans le dispositif de contrôle 1.1 de la figure 2, le générateur laser 4.1, qui remplace le générateur laser 4 de la figure 1, mesure la distance D1 15 entre le point de référence constitué par sa sortie 4.1A et la surface 2, et adresse directement cette distance D1 au dispositif de calcul 11. De plus, le dispositif de calcul 11 connaît, par construction, la distance L1 entre la sortie 4.1A du générateur laser 4.1 et l'objectif 6A du système optique 6. Il peut donc calculer la différence Dl-L1, qui correspond à la valeur que doit prendre la 20 distance focale F du système optique 6 pour que le faisceau laser de contrôle 5 soit focalisé sur la surface 2. En fonction de cette valeur D1 -L1, le dispositif de calcul 11 commande le dispositif moteur 12 pour qu'il déplace l'oculaire 6B, de façon que la distance d entre ce dernier et l'objectif 6A corresponde à une distance 25 focale F égale à D1 -L1. Dans la variante de réalisation 1.2 du dispositif conforme à la présente invention représentée sur la figure 3, le dispositif de détection 14.2 du signal lumineux 17 renvoyé par la surface 2 est de plus apte à remplir la 30 fonction de télémètre. Par suite, par rapport au dispositif 1 de la figure 1, le 3031183 7 télémètre laser 7 et l'élément optique 9 sont supprimés, les autres éléments restant à l'identique. Dans le dispositif de contrôle 1.2 de la figure 3, le dispositif de détection 14.2, qui remplace le dispositif 14 de détection du signal lumineux 5 17 de la figure 1, mesure de plus la distance D2 entre le point de référence 16 et la surface 2. La distance entre le dispositif 14.2 et ledit point de référence 16 étant égale à e2, connue par construction, le dispositif de calcul 11 reçoit directement de ce dispositif 14.2 la somme e2+D2. Ce dispositif de calcul 11 connaît de plus, par construction, la distance L2 séparant le point de 10 référence 16 de l'objectif 6A. Le dispositif de calcul 11 est donc apte à calculer la différence D2-L2 et à commander le dispositif moteur 12 pour qu'il déplace l'oculaire 6B, de façon que la distance d entre ledit oculaire et l'objectif 6A corresponde à une distance focale F égale à D2-L2. REVENDICATIONS1. Procédé pour contrôler l'état d'une surface, procédé selon lequel : - on balaye ladite surface (2) par un faisceau de contrôle laser (5) focalisé par un système optique (6), et - on traite le signal lumineux (7) renvoyé par ladite surface (2) en réponse à l'illumination par ledit faisceau laser de contrôle (5) pour déterminer ledit état de surface, caractérisé en ce que : - on rend variable la distance focale dudit système optique (6), et - pour chaque position relative dudit faisceau laser de contrôle (5) par rapport à ladite surface (2) : - on détermine la distance objectif - surface (F) entre l'objectif (6A) dudit système optique (6) et ladite surface (2), et - on impose audit système optique (6) de prendre une valeur de distance focale égale à la distance objectif - surface (F) ainsi déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé : - en ce qu'on détermine un point de référence fixe (10, 4.1A, 16) sur le trajet lumineux du faisceau laser de contrôle (5), en amont dudit système optique (6), et - en ce que ladite distance objectif - surface (F) entre l'objectif (6A) dudit système optique (6) et ladite surface (2) est calculée à partir : - de la distance (D, D1, D2) entre ledit point de référence (10, 4.1A, 16) et ladite surface (2), et - de la distance (L, L1, L2) entre ledit point de référence (10, 4.1A, 16) et ledit objectif (6A). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, 3031183 9 caractérisé en ce que ledit système optique (6) est du type à objectif (6A) et oculaire (6B) et en ce que la distance focale dudit système optique est rendue variable par déplacement dudit oculaire (6B). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, 5 caractérisé en ce qu'on utilise un télémètre (7) du type télémètre laser, en ce que le faisceau laser de mesure (8) du télémètre (7) est amené à suivre le trajet lumineux du faisceau laser de contrôle (5) à partir d'un point de référence (10) en amont dudit système optique (6), en ce que ledit télémètre (7) permet de déterminer la distance D entre ledit point de référence (10) et 10 ladite surface (2), et en ce que ladite distance objectif - surface entre l'objectif (6A) dudit système optique (6) et ladite surface (2) est déterminée par la différence D-L, L étant la distance entre le point de référence (10) et l'objectif (6A) du système optique (6). 5. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, 15 caractérisé en ce que, pour la génération du faisceau laser de contrôle (5), on utilise un générateur laser (4.1) apte à remplir de plus la fonction de télémètre, en ce que ledit générateur laser (4.1) mesure la distance Dl entre sa sortie (4.1A) et ladite surface (2), et en ce que ladite distance objectif - surface entre l'objectif (6A) du système optique (6) et ladite surface (2) est déterminée par 20 la différence D1 -L1, L1 étant la distance entre ladite sortie (4.1A) du générateur laser (4.1) et l'objectif (6A) du système optique (6). 6. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, pour le traitement du signal lumineux (17) renvoyé par ladite surface (2), on utilise un dispositif de détection (14.2) du signal lumineux 25 renvoyé par ladite surface qui est apte à remplir de plus la fonction de télémètre laser, en ce que le faisceau laser de mesure du dispositif de détection (14.2) est amené à suivre le trajet lumineux du faisceau laser de contrôle (5) à partir d'un point de référence (16) en amont dudit système optique (6), en ce que ledit dispositif de détection (14.2) permet de déterminer 30 la distance D2 entre ledit point de référence (16) et ladite surface (2), et en ce que ladite distance objectif - surface entre l'objectif (6A) du système optique 3031183 10 (6) et ladite surface (2) est déterminée par la différence D2-L2, L2 étant la distance entre ledit point de référence (16) et l'objectif (6A) du système optique (6). 7. Dispositif de contrôle de l'état d'une surface (2) pour la mise en 5 oeuvre du procédé spécifié sous l'une des revendications 1 à 6, ledit dispositif de contrôle comportant : - un générateur laser (4,4.1) émettant un faisceau laser (5) balayant ladite surface (2), - un système optique (6) pour focaliser ledit faisceau laser (5), et 10 - un dispositif de détection (14) pour recevoir et traiter le signal lumineux (17) renvoyé par ladite surface (2) en réponse à l'illumination par ledit faisceau laser de contrôle, en vue de déterminer ledit état de surface, caractérisé en ce que : - ledit système optique (6) est à distance focale variable, et 15 - ledit dispositif de contrôle (1) comporte de plus : - un télémètre (7, 4.1, 14.2) permettant de déterminer la distance objectif - surface entre l'objectif (6A) du système optique (6) et ladite surface (2), et - un dispositif (11, 12) de réglage de la distance focale dudit système 20 optique (6) imposant à ce dernier de prendre une valeur de distance focale égale à ladite distance objectif - surface (F) ainsi déterminée.