BE1022447B1

BE1022447B1 - DEVICE FOR FOCUSING A LASER BEAM BY CAMERA (II)

Info

Publication number: BE1022447B1
Application number: BE2013/0821A
Authority: BE
Inventors: Guy Monfort
Original assignee: Centre De Recherches Metallurgiques Asbl
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2016-04-06

Abstract

Dispositif pour la focalisation d'un faisceau laser sur la surface (3) d'un produit liquide, visqueux ou pulvérulent, dont le niveau est variable comprenant : - un système de traitement d'image couplé au dispositif d'imagerie (2) pour mesurer la distance entre deux points ou deux lignes; - des moyens de calcul de la distance entre la source laser (1) et la surface (3) en fonction de la distance précitée, sur base d'un étalonnage préalable; - des moyens de modification de la focalisation du faisceau laser, en fonction de la distance calculée entre la source laser (1) et la surface (3).Device for focusing a laser beam on the surface (3) of a liquid, viscous or pulverulent product, the level of which is variable comprising: - an image processing system coupled to the imaging device (2) for measure the distance between two points or two lines; - means for calculating the distance between the laser source (1) and the surface (3) as a function of the aforementioned distance, on the basis of a preliminary calibration; - Means for modifying the focusing of the laser beam, as a function of the distance calculated between the laser source (1) and the surface (3).

Description

DISPOSITIF DE FOCALISATION D'UN FAISCEAU LASER PAR CAMERA (II)DEVICE FOR FOCUSING A LASER BEAM BY CAMERA (II)

Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de distance utilisant une caméra et destiné à la focalisation d'un faisceau laser, principalement mais pas exclusivement sur une surface liquide à haute température, c'est-à-dire supérieure à au moins 600°C. L'invention se rapporte également au procédé mis en œuvre par le dispositif.Object of the Invention [0001] The present invention relates to a distance measuring device using a camera and intended for focussing a laser beam, mainly but not exclusively on a liquid surface at high temperature, that is, that is greater than at least 600 ° C. The invention also relates to the method implemented by the device.

Arrière-plan technologique et état de la technique [0002] Lorsqu'il est nécessaire de focaliser un faisceau laser sur une surface située à une distance variable de la source, il est important de connaître cette distance avec une bonne précision.BACKGROUND AND PRIOR ART [0002] When it is necessary to focus a laser beam on a surface located at a variable distance from the source, it is important to know this distance with good accuracy.

[0003] A cet effet, on connaît toute une série de dispositifs disponibles dans le commerce. Ceux-ci sont basés sur différents principes et sont utilisables dans des gammes de distances très variables, avec une précision qui dépend à la fois du principe de mesure et des conditions dans lesquelles celle-ci a lieu.For this purpose, there is a whole series of devices available commercially. These are based on different principles and can be used in widely varying ranges of distances, with an accuracy that depends both on the measuring principle and the conditions under which it takes place.

[0004] Lorsque la surface considérée est celle d'un produit à haute température, la plupart des dispositifs existants sont inappropriés. On utilise alors généralement des méthodes de mesure sans contact basées sur différents principes optiques. Les deux plus connues sont les méthodes de triangulation et de temps de vol.When the surface considered is that of a product at high temperature, most existing devices are inappropriate. In general, contactless measurement methods based on different optical principles are used. The two best known are the methods of triangulation and flight time.

[0005] La méthode de triangulation consiste à envoyer sur la surface un faisceau lumineux dont la direction forme un certain angle, généralement assez petit, avec la perpendiculaire à cette surface. On collecte le faisceau réfléchi et, on mesure, au niveau de la surface du même capteur, la demi-distance entre celui-ci et le faisceau émis. La connaissance de l'angle du faisceau incident et de cette distance suffit à définir un triangle rectangle dont le grand côté de l'angle droit représente la distance à mesurer (la demi-distance sur le capteur entre le faisceau émis et le faisceau réfléchi étant le petit côté de l'angle droit de ce triangle rectangle).The method of triangulation is to send on the surface a light beam whose direction forms a certain angle, usually quite small, with the perpendicular to this surface. The reflected beam is collected and measured, at the surface of the same sensor, the half distance between it and the beam emitted. The knowledge of the angle of the incident beam and this distance is sufficient to define a right triangle whose long side of the right angle represents the distance to be measured (the half-distance on the sensor between the emitted beam and the reflected beam being the small side of the right angle of this right triangle).

[0006] Cette méthode peut être très précise. La précision augmente d'ailleurs avec l'angle d'incidence mais au détriment de l'encombrement du dispositif. La méthode présente cependant quelques inconvénients : - si la température de la surface-cible est très élevée, le rayonnement propre de cette dernière peut perturber la mesure ; - si la surface est très peu réfléchissante ou très rugueuse (diffusante), la présence de ce rayonnement peut même rendre la mesure impossible ; - la présence de poussières ou de fumée entre le capteur et la surface à mesurer peut également altérer la mesure.This method can be very accurate. Precision increases with the angle of incidence but at the expense of the size of the device. However, the method has some disadvantages: - if the temperature of the target surface is very high, the clean radiation of the latter may disturb the measurement; - if the surface is very little reflective or very rough (scattering), the presence of this radiation can even make the measurement impossible; - the presence of dust or smoke between the sensor and the surface to be measured may also affect the measurement.

[0007] La méthode de temps de vol analyse le temps mis par une impulsion de lumière très courte pour parcourir le trajet aller et retour du dispositif de mesure à la surface. Cette méthode nécessite une électronique très rapide pour permettre la mesure de courtes distances et souffre d'inconvénients similaires à ceux de la méthode de triangulation, même si le fait d'utiliser une courte impulsion lumineuse de forte intensité permet de mieux s'affranchir du rayonnement propre de la surface.[0007] The flight time method analyzes the time taken by a very short pulse of light to travel the return path of the measuring device to the surface. This method requires a very fast electronics to allow the measurement of short distances and suffers from disadvantages similar to those of the method of triangulation, even if the fact of using a short pulse of light of high intensity makes it possible to better get rid of the radiation clean of the surface.

[0008] Le document EP 1 584 893 Al divulgue une méthode de contrôle ou de correction de l'orientation d'un faisceau de lumière laser par rapport à un corps creux, dans lequel est dirigé le faisceau laser, notamment pour une application de spectroscopie plasma induite par laser (LIBS). Afin de pouvoir détecter et corriger, de manière simple et fiable, des déviations du faisceau laser par rapport à l'orientation souhaitée dans le corps creux, il est proposé de prendre une image coaxiale au faisceau laser d'une ouverture d'entrée de lumière et/ou d'une ouverture de sortie de lumière du corps creux, respectivement d'une substance complètement incluse dans le corps creux et d'acquérir, le cas échéant corriger, respectivement ajuster, l'orientation du faisceau laser dans le corps creux à partir de la position de l'ouverture d'entrée de lumière et/ou de l'ouverture de sortie de lumière, respectivement de la surface de la substance, dans 1'image.[0008] EP 1 584 893 A1 discloses a method for controlling or correcting the orientation of a laser light beam with respect to a hollow body, in which the laser beam is directed, in particular for a spectroscopy application. laser-induced plasma (LIBS). In order to detect and correct, in a simple and reliable manner, deviations of the laser beam from the desired orientation in the hollow body, it is proposed to take a coaxial image to the laser beam of a light entry opening. and / or a light outlet opening of the hollow body, respectively of a substance completely included in the hollow body and to acquire, where appropriate correct, respectively adjust, the orientation of the laser beam in the hollow body to from the position of the light entry aperture and / or the light exit aperture, respectively from the surface of the substance, in the image.

Buts de l'invention [0009] Le but de la présente invention est de permettre une mesure de la distance à la surface d'un liquide, principalement un liquide porté à haute température, tout en garantissant une bonne précision ainsi qu'une meilleure immunité aux poussières et au rayonnement propre de la surface.OBJECTS OF THE INVENTION [0009] The object of the present invention is to allow a measurement of the distance to the surface of a liquid, mainly a liquid carried at a high temperature, while guaranteeing good accuracy as well as better immunity. dust and clean radiation from the surface.

[0010] En particulier, cette mesure de distance doit pouvoir être combinée à un système de focalisation d'un faisceau laser de puissance afin de focaliser le laser sur ladite surface. Une application de ce dispositif est la mesure par la méthode LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) de la composition chimique du liquide.In particular, this distance measurement must be able to be combined with a focusing system of a power laser beam in order to focus the laser on said surface. An application of this device is the measurement by the Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) method of the chemical composition of the liquid.

[0011] Enfin cette invention vise aussi une application à la mesure de niveau de produits liquides, visqueux ou pulvérulents.Finally this invention is also an application to the level measurement of liquid products, viscous or powdery.

Principaux éléments caractéristiques de 11 invention [0012] Un premier aspect de la présente invention se rapporte à un dispositif pour la focalisation d'un faisceau laser sur la surface d'un produit liquide, visqueux ou pulvérulent, dont le niveau, c'est-à-dire la position verticale de la surface, est variable au cours du temps, comprenant : - une source émettant un faisceau laser focalisable sur ladite surface ; - une optique associée à la source capable de générer, à partir du faisceau laser émis par ladite source, une pluralité de points ou de lignes ou encore un motif géométrique donné au niveau de ladite surface ; - un dispositif d'imagerie digital, fixe par rapport à la source permettant de capter l'image de la pluralité de points ou de lignes ou du motif géométrique ; - un système de traitement d'image couplé au dispositif d'imagerie pour mesurer la distance entre deux points ou deux lignes ou encore une taille caractéristique du motif géométrique ; - des moyens de calcul de la distance entre la source laser et la surface en fonction de la distance mesurée entre deux points ou deux lignes ou de la taille mesurée du motif géométrique, sur base d'un étalonnage préalable ; - des moyens de modification de la focalisation du faisceau laser, en fonction de la distance calculée entre la source laser et la surface.Main features of the invention [0012] A first aspect of the present invention relates to a device for focussing a laser beam on the surface of a liquid, viscous or powdery product whose level, that is, that is to say the vertical position of the surface, is variable over time, comprising: a source emitting a laser beam that can be focused on said surface; an optical element associated with the source capable of generating, from the laser beam emitted by said source, a plurality of points or lines or a given geometric pattern at said surface; - A digital imaging device, fixed relative to the source for capturing the image of the plurality of points or lines or the geometric pattern; an image processing system coupled to the imaging device for measuring the distance between two points or two lines or a characteristic size of the geometric pattern; means for calculating the distance between the laser source and the surface as a function of the distance measured between two points or two lines or the measured size of the geometric pattern, on the basis of a prior calibration; means for modifying the focusing of the laser beam, as a function of the distance calculated between the laser source and the surface.

[0013] Selon des exemples de formes d'exécution de l'invention, le dispositif est en outre limité par au moins une, ou une combinaison appropriée, des caractéristiques suivantes : - l'optique associée à la source est un séparateur de faisceau à déplacement latéral ; - l'optique associée à la source est un ensemble comprenant un cube séparateur ou une lame séparatrice et un miroir ou un prisme à angle droit, capable de générer deux faisceaux de sortie parallèles d'écartement ajustable ; - le miroir ou le prisme à angle droit est monté pivotant pour permettre aux deux faisceaux de sortie d'être légèrement convergents ; - l'optique associée à la source est une optique génératrice de forme de type DOE ; - la source laser est une diode laser émettant à une longueur d'onde inférieure à 500 nm ; - le dispositif d'imagerie digital est une caméra digitale couleur avec une optique à ouverture faible pour augmenter la profondeur de champ, optionnellement munie d'un filtre à bande passante étroite ; - la caméra digitale est une caméra CCD ou CMOS à au moins 256 niveaux ou 8 bits.According to examples of embodiments of the invention, the device is further limited by at least one, or an appropriate combination, of the following characteristics: the optics associated with the source is a beam splitter at lateral displacement; the optics associated with the source is an assembly comprising a splitter cube or a splitter plate and a mirror or a right-angle prism capable of generating two parallel output beams of adjustable spacing; the mirror or the right-angle prism is pivotally mounted to allow the two output beams to be slightly convergent; the optics associated with the source is a DOE-type shape-generating optics; the laser source is a laser diode emitting at a wavelength of less than 500 nm; the digital imaging device is a color digital camera with a low opening optics to increase the depth of field, optionally provided with a narrow bandwidth filter; - the digital camera is a CCD or CMOS camera with at least 256 levels or 8 bits.

[0014] Un second aspect de la présente invention se rapporte à un procédé pour la focalisation d'un faisceau laser sur la surface d'un produit liquide porté à haute température, dont le niveau est variable au cours du temps, au moyen du dispositif comme décrit ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes : - on règle le temps d'exposition du dispositif d'imagerie digital pour que l'image de la surface du liquide ait un niveau lumineux inférieur à un seuil donné ; - on génère à la surface du liquide porté à haute température, grâce à une source laser émettant dans le bleu et à son optique associée, au moins deux points ou deux lignes ou un motif géométrique ; - on règle l'intensité de la source laser pour que l'image des points, des lignes ou du motif géométrique soit saturée ou ait un niveau lumineux supérieur au seuil précité ; - on isole les points, les lignes ou le motif géométrique dans l'image en appliquant un algorithme de seuillage au niveau du traitement d'image ; - on mesure, en nombre de pixels du dispositif d'imagerie digital, l'écartement entre les points ou les lignes ou encore une taille caractéristique du motif géométrique ; - grâce à un étalonnage préalable, on associe par calcul cet écartement ou cette taille à une valeur de distance entre la source laser et la surface précitée ; - on modifie la focalisation du faisceau laser en fonction de la distance calculée entre la source laser et la surface.A second aspect of the present invention relates to a method for focusing a laser beam on the surface of a liquid product carried at high temperature, the level of which is variable over time, by means of the device. as described above, characterized by the following steps: - the exposure time of the digital imaging device is set so that the image of the surface of the liquid has a luminous level below a given threshold; - Generating on the surface of the liquid carried at high temperature, with a laser source emitting in the blue and its associated optics, at least two points or two lines or a geometric pattern; the intensity of the laser source is adjusted so that the image of the points, the lines or the geometrical pattern is saturated or has a light level higher than the aforementioned threshold; the points, the lines or the geometrical pattern are isolated in the image by applying a thresholding algorithm at the level of the image processing; the number of pixels of the digital imaging device is measured as the distance between the points or the lines or a characteristic size of the geometric pattern; thanks to a preliminary calibration, this gap or size is computationally associated with a distance value between the laser source and the aforementioned surface; the focus of the laser beam is modified as a function of the calculated distance between the laser source and the surface.

Brève description des figures [0015] La figure 1 représente schématiquement un exemple de montage illustrant une forme d'utilisation de la technique selon la présente invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0015] FIG. 1 schematically represents an exemplary assembly illustrating a form of use of the technique according to the present invention.

[0016] La figure 2 illustre schématiquement un exemple de configuration de séparateur de faisceau selon l'invention, basé sur l'utilisation d'un cube séparateur et d'un prisme à 90°.FIG. 2 schematically illustrates an exemplary beam splitter configuration according to the invention, based on the use of a splitter cube and a 90 ° prism.

[0017] La figure 3 montre des exemples d'images obtenues à deux valeurs de distance, avant et après traitement selon la présente invention.FIG. 3 shows examples of images obtained at two distance values, before and after treatment according to the present invention.

Description détaillée de 11 invention [0018] Le principe de la méthode selon la présente invention se base sur le fait qu'un objet de taille donnée générera sur un détecteur tel qu'une caméra, une image qui paraîtra d'autant plus petite que cet objet sera placé à plus grande distance.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0018] The principle of the method according to the present invention is based on the fact that an object of given size will generate on a detector such as a camera, an image which will appear all the smaller as this object will be placed at a greater distance.

[0019] L'objet de l'invention est alors de matérialiser une figure géométrique sur un plan identique à celui de la surface du matériau liquide, visqueux ou pulvérulent dont on souhaite mesurer la distance au détecteur et d'utiliser les caractéristiques dimensionnelles de l'image de cette figure géométrique sur le détecteur pour calculer la distance dudit matériau au détecteur, à l'aide d'une analyse d'image et d'un étalonnage approprié.The object of the invention is then to materialize a geometrical figure on a plane identical to that of the surface of the liquid, viscous or powdery material which it is desired to measure the distance to the detector and to use the dimensional characteristics of the image of this geometrical figure on the detector to calculate the distance of said material to the detector, by means of image analysis and appropriate calibration.

Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0020] Selon une modalité d'exécution préférée de l'invention, on utilise une diode laser émettant un faisceau bleu à 445 nm. L'avantage d'utiliser une lumière dans le bleu réside dans le fait que les surfaces à haute température (600 à 3000°C) n'émettent qu'une faible partie de leur rayonnement thermique dans cette gamme de longueurs d'onde. En conséquence, il est relativement facile, par traitement d'images, de séparer la lumière provenant du laser de celle émise par le matériau à haute température.DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION According to a preferred embodiment of the invention, a laser diode emitting a blue beam at 445 nm is used. The advantage of using a light in the blue is that the high temperature surfaces (600 to 3000 ° C) emit only a small part of their thermal radiation in this range of wavelengths. As a result, it is relatively easy, by image processing, to separate the light from the laser from that emitted by the high temperature material.

[0021] On peut éventuellement utiliser une caméra couleur et extraire le canal « bleu » pour augmenter le contraste et rejeter les plus grandes longueurs d'onde (vert et rouge). Si nécessaire, l'utilisation d'un filtre optique à bande passante étroite centrée sur la longueur d'onde du laser permet encore d'améliorer le contraste.One can optionally use a color camera and extract the channel "blue" to increase the contrast and reject the longer wavelengths (green and red). If necessary, the use of a narrow bandwidth optical filter centered on the wavelength of the laser further enhances the contrast.

[0022] La configuration utilisée, illustrée schématiquement à la figure 1, comporte, outre une diode laser 1, une caméra couleur 2 et une lampe halogène 3 servant de cible et recouverte d'un papier calque servant de diffuseur pour homogénéiser la lumière. Cette lampe halogène 3 simule le matériau à haute température. En effet, la température de couleur d'une telle lampe peut être plus élevée que 3000°C.The configuration used, shown schematically in Figure 1, comprises, in addition to a laser diode 1, a color camera 2 and a halogen lamp 3 serving as a target and covered with a tracing paper serving as a diffuser for homogenizing the light. This halogen lamp 3 simulates the material at high temperature. Indeed, the color temperature of such a lamp may be higher than 3000 ° C.

[0023] On génère ainsi un point lumineux ou une petite ligne verticale en ajustant l'optique de sortie de la diode laser 1. Ce point ou cette ligne est divisé en 2 en plaçant, à la sortie de la diode laser, un séparateur de faisceau à déplacement latéral 4 (lateral displacement beamsplitter) .Thus, a light point or a small vertical line is generated by adjusting the output optics of the laser diode 1. This point or line is divided into 2 by placing, at the output of the laser diode, a separator of Lateral beam beams 4 (lateral displacement beamsplitter).

Ce dernier est connu par l'homme de métier comme un séparateur produisant deux faisceaux de sortie parallèles. Il est constitué d'un ou deux prismes rhomboïdes cimentés à un prisme à angle droit. La valeur du déplacement est déterminée par la taille du ou des prismes rhomboïdes.The latter is known to those skilled in the art as a separator producing two parallel output beams. It consists of one or two rhomboid prisms cemented at a right angle prism. The displacement value is determined by the size of the rhomboid prism (s).

[0024] De cette manière, on projette, sur la surface dont on veut mesurer la distance, un ensemble de deux points ou de deux lignes parallèles séparées par un écartement constant en fonction de la distance. Cet écartement est de 20 mm dans le cas présent.In this way, we project on the surface of which we want to measure the distance, a set of two points or two parallel lines separated by a constant distance as a function of distance. This gap is 20 mm in this case.

[0025] Alternativement, on peut remplacer le séparateur de faisceau à déplacement latéral 4 par un ensemble cube (ou lame) séparateur (séparatrice) 5 et un miroir ou un prisme à angle droit 6 (voir figure 2) . Les avantages de cette dernière configuration sont les suivants : - la distance entre les deux faisceaux de sortie est ajustable et peut être optimisée en fonction de l'application et des conditions de mesure (distance totale, encombrement, etc.) ; - les deux faisceaux peuvent être rendus légèrement convergents en tournant le prisme 6 autour d'un axe vertical. Dans ce cas, l'écartement apparent entre les deux points projetés sur la surface diminuera d'autant plus avec l'accroissement de la distance de mesure, ce qui augmentera d'autant la précision.Alternatively, one can replace the lateral displacement beam separator 4 by a cube (or blade) separator (separator) 5 and a mirror or a right-angle prism 6 (see Figure 2). The advantages of this last configuration are as follows: the distance between the two output beams is adjustable and can be optimized according to the application and the measurement conditions (total distance, size, etc.); - The two beams can be rendered slightly converging by turning the prism 6 around a vertical axis. In this case, the apparent spacing between the two projected points on the surface will decrease even more with the increase in the measurement distance, which will increase the precision by the same amount.

[0026] La caméra aura idéalement une ouverture faible (grand nombre d'ouverture f/number) de manière à augmenter la profondeur de champ, ce qui améliore la précision en diminuant les zones floues autour des points ou des lignes proj étés.The camera will ideally have a small aperture (large number of aperture f / number) so as to increase the depth of field, which improves the accuracy by reducing the fuzzy areas around points or projected lines.

[0027] Pour faire la mesure, il suffit de régler le temps d'exposition de la caméra de manière à ce que toute l'image ait un niveau lumineux inférieur à un seuil donné.To measure, simply adjust the exposure time of the camera so that the entire image has a light level below a given threshold.

Par exemple, on peut effectuer les réglages de sorte que le niveau de bleu soit inférieur à 128 sur les 256 niveaux acceptés par les caméras actuelles.For example, settings can be made so that the blue level is less than 128 on the 256 levels accepted by current cameras.

[0028] Si la diode laser possède une intensité suffisante, on peut obtenir une image des points ou des lignes qui soit saturée (niveau = 255) à ces endroits, ou au moins dont la luminosité est supérieure au niveau maximum du reste de l'image.If the laser diode has a sufficient intensity, it is possible to obtain an image of the points or lines that is saturated (level = 255) at these locations, or at least whose brightness is greater than the maximum level of the rest of the picture.

[0029] En appliquant un algorithme de seuillage à l'image complète, on peut ainsi isoler les points ou les lignes. Le seuillage d'image remplace un à un les pixels d'une image à l'aide d'une valeur seuil fixée. Ainsi, si un pixel à une valeur supérieure au seuil, il prendra par exemple la valeur 255 (blanc) et si sa valeur est inférieure au sein, il prendra alors la valeur 0 (noir).By applying a thresholding algorithm to the complete image, it is thus possible to isolate the points or the lines. Image thresholding replaces the pixels of an image one by one using a fixed threshold value. Thus, if a pixel has a value greater than the threshold, it will take for example the value 255 (white) and if its value is less than the breast, it will then take the value 0 (black).

[0030] Il suffit alors de mesurer l'écartement, en nombre de pixels, entre les barycentres des points ou des lignes. Par un étalonnage approprié, cet écartement peut être directement relié à la distance à la surface à mesurer.It is then sufficient to measure the spacing, in number of pixels, between the centroids of the points or lines. By proper calibration, this gap can be directly related to the distance to the surface to be measured.

[0031] La figure 3 montre des images obtenues avant et après traitement par seuillage. La différence d'écartement entre les 2 spots, même si elle n'est pas vraiment visible à l'œil sur les figures est de 10 pixels, qui correspondent à une différence de distance de 50 mm (distances respectives 1300 et 1250 mm). On a donc une précision de 5 mm par pixel.FIG. 3 shows images obtained before and after thresholding processing. The difference in spacing between the two spots, even if it is not really visible to the eye in the figures is 10 pixels, which correspond to a distance difference of 50 mm (distances 1300 and 1250 mm respectively). We have a precision of 5 mm per pixel.

[0032] On peut enfin formuler les remarques suivantes : - la précision est doublée si l'écartement entre les spots est doublé. Donc, si cet écartement, de 20 mm dans l'exemple ci-dessus, est augmenté jusqu'à 40 mm, on obtient une précision de 2.5 mm par pixel. Comme mentionné ci-dessus, ceci peut encore être amélioré en rendant les deux faisceaux légèrement convergents ; - si une partie de l'image est saturée malgré les réglages, il reste possible d'utiliser la méthode en utilisant des lignes dont la longueur sera plus grande que la zone saturée. Dans ce cas, il restera possible d'identifier les lignes d'origine en s'aidant d'un traitement d'image basé sur la reconnaissance d'objets ; - plutôt que d'utiliser des points ou des lignes, n'importe quelle forme géométrique pourra convenir si elle est facile à identifier par traitement d'image en fonction des conditions de mesure (sensibilité de la caméra, température, encombrement, lumière ambiante, etc.). Des formes complexes peuvent être générées à partir d'un laser et d'une optique appropriée comme un DOE (diffractive optical element), c'est-à-dire un motif à microstructure mince qui altère la phase de la lumière qui le traverse, par interférence et diffraction, pour former des distributions de lumière arbitraires.Finally we can formulate the following remarks: - the accuracy is doubled if the spacing between the spots is doubled. So, if this spacing, from 20 mm in the example above, is increased up to 40 mm, a precision of 2.5 mm per pixel is obtained. As mentioned above, this can be further improved by making the two beams slightly convergent; - if a part of the image is saturated despite the settings, it is still possible to use the method using lines whose length will be greater than the saturated zone. In this case, it will remain possible to identify the original lines with the help of an image processing based on the recognition of objects; - rather than using dots or lines, any geometric shape may be suitable if it is easy to identify by image processing depending on the measurement conditions (camera sensitivity, temperature, size, ambient light, etc.). Complex shapes can be generated from a laser and a suitable optics such as a diffractive optical element (DOE), that is to say a pattern with a thin microstructure that alters the phase of the light passing through it. by interference and diffraction, to form arbitrary light distributions.

Liste des symboles de référence 1. diode laser 2. caméra 3. surface dont on mesure la distance 4. séparateur de faisceau à déplacement latéral 5. cube séparateur 6. prisme à angle droit 7. points générés par l'optique associée à la sourceList of reference symbols 1. Laser diode 2. Camera 3. Measured distance surface 4. Lateral beam splitter 5. Splitter cube 6. Right angle prism 7. Optical points associated with source

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour la focalisation d'un faisceau laser sur la surface (3) d'un produit liquide, visqueux ou pulvérulent, dont le niveau, c'est-à-dire la position verticale de la surface, est variable au cours du temps, comprenant : - une source (1) émettant un faisceau laser focalisable sur ladite surface (3) ; - une optique associée à la source (4), capable de générer, à partir du faisceau laser émis par ladite source (1), une pluralité de points ou de lignes ou encore un motif géométrique donné (7) au niveau de ladite surface (3) ; - un dispositif d'imagerie digital (2), fixe par rapport à la source (1) permettant de capter l'image de la pluralité de points ou de lignes ou du motif géométrique (7) ; - un système de traitement d'image couplé au dispositif d'imagerie (2) pour mesurer la distance entre deux points ou deux lignes ou encore une taille caractéristique du motif géométrique ; - des moyens de calcul de la distance entre la source laser (1) et la surface (3) en fonction de la distance mesurée entre deux points ou deux lignes ou de la taille mesurée du motif géométrique, sur base d'un étalonnage préalable ; - des moyens de modification de la focalisation du faisceau laser, en fonction de la distance calculée entre la source laser (1) et la surface (3).1. Device for focusing a laser beam on the surface (3) of a viscous or powdery liquid product whose level, ie the vertical position of the surface, is variable during the time, comprising: - a source (1) emitting a laser beam that can be focused on said surface (3); an optics associated with the source (4), capable of generating, from the laser beam emitted by said source (1), a plurality of points or lines or a given geometric pattern (7) at said surface ( 3); - A digital imaging device (2) fixed with respect to the source (1) for capturing the image of the plurality of points or lines or the geometric pattern (7); an image processing system coupled to the imaging device (2) for measuring the distance between two points or two lines or a characteristic size of the geometric pattern; means for calculating the distance between the laser source (1) and the surface (3) as a function of the distance measured between two points or two lines or the measured size of the geometric pattern, on the basis of a prior calibration; means for modifying the focusing of the laser beam, as a function of the distance calculated between the laser source (1) and the surface (3).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique associée à la source (4) est un séparateur de faisceau à déplacement latéral.2. Device according to claim 1, characterized in that the optical associated with the source (4) is a lateral displacement beam separator.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique associée à la source (4) est un ensemble comprenant un cube séparateur ou une lame séparatrice (5) et un miroir ou un prisme à angle droit (6), capable de générer deux faisceaux de sortie parallèles d'écartement ajustable.3. Device according to claim 1, characterized in that the optical associated with the source (4) is an assembly comprising a separator cube or a splitter blade (5) and a mirror or a right-angle prism (6) capable to generate two parallel output beams of adjustable spacing.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le miroir ou le prisme à angle droit (6) est monté pivotant pour permettre aux deux faisceaux de sortie d'être légèrement convergents.4. Device according to claim 3, characterized in that the mirror or the right-angle prism (6) is pivotally mounted to allow the two output beams to be slightly convergent.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique associée à la source (4) est une optique génératrice de forme de type DOE.5. Device according to claim 1, characterized in that the optics associated with the source (4) is a shape-generating optics DOE type.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source laser (1) est une diode laser émettant à une longueur d'onde inférieure à 500 nm.6. Device according to claim 1, characterized in that the laser source (1) is a laser diode emitting at a wavelength of less than 500 nm.

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'imagerie digital (2) est une caméra digitale couleur avec une optique à ouverture faible pour augmenter la profondeur de champ, optionnellement munie d'un filtre à bande passante étroite.7. Device according to claim 1, characterized in that the digital imaging device (2) is a color digital camera with a low opening optics to increase the depth of field, optionally provided with a narrow bandwidth filter.

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra digitale est une caméra CCD ou CMOS à au moins 256 niveaux ou 8 bits.8. Device according to claim 1, characterized in that the digital camera is a CCD or CMOS camera with at least 256 levels or 8 bits.

9. Procédé pour la focalisation d'un faisceau laser sur la surface (3) d'un produit liquide porté à haute température, dont le niveau est variable au cours du temps, au moyen du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par les étapes suivantes : - on règle le temps d'exposition du dispositif d'imagerie digital (2) pour que l'image de la surface du liquide ait un niveau lumineux inférieur à un seuil donné ; - on génère à la surface du liquide porté à haute température, grâce à une source laser (1) émettant dans le bleu et à son optique associée (4), au moins deux points ou deux lignes ou un motif géométrique ; - on règle l'intensité de la source laser (1) pour que l'image des points, des lignes ou du motif géométrique soit saturée ou ait un niveau lumineux supérieur au seuil précité ; - on isole les points, les lignes ou le motif géométrique dans l'image en appliquant un algorithme de seuillage au niveau du traitement d'image ; - on mesure, en nombre de pixels du dispositif d'imagerie digital (2), l'écartement entre les points ou les lignes ou encore une taille caractéristique du motif géométrique ; - grâce à un étalonnage préalable, on associe par calcul cet écartement ou cette taille à une valeur de distance entre la source laser (1) et la surface précitée (3) ; - on modifie la focalisation du faisceau laser en fonction de la distance calculée entre la source laser (1) et la surface (3).9. A method for focusing a laser beam on the surface (3) of a liquid product carried at a high temperature, the level of which is variable over time, by means of the device according to any one of claims 1 to 8, characterized by the following steps: - the exposure time of the digital imaging device (2) is adjusted so that the image of the surface of the liquid has a light level below a given threshold; - Generating on the surface of the liquid carried at high temperature, with a laser source (1) emitting in the blue and its associated optics (4), at least two points or two lines or a geometric pattern; the intensity of the laser source (1) is adjusted so that the image of the points, the lines or the geometrical pattern is saturated or has a luminous level higher than the aforementioned threshold; the points, the lines or the geometrical pattern are isolated in the image by applying a thresholding algorithm at the level of the image processing; the number of pixels of the digital imaging device (2) is measured as the distance between the points or the lines or a characteristic size of the geometric pattern; thanks to a preliminary calibration, this gap or this size is associated by calculation with a distance value between the laser source (1) and the aforementioned surface (3); the focus of the laser beam is modified as a function of the calculated distance between the laser source (1) and the surface (3).