FR2528971A1 - Procede de determination d'une coordonnee d'un point d'un objet dans l'espace et dispositif mettant en application ledit procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES DE MESURE. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE NOTAMMENT EN CE QUE, AUTOUR DE L'OBJET 1 DONT ON VEUT DETERMINER LA COORDONNEE D'UN POINT, ON CREE, OUTRE LE CHAMP LUMINEUX COHERENT PRINCIPAL 2, AU MOINS UN CHAMP LUMINEUX COHERENT SUPPLEMENTAIRE 3 NE DONNANT LIEU A AUCUNE INTERACTION AVEC LE CHAMP PRINCIPAL 2 ET DONT L'ECLAIREMENT EST SOUMIS A UNE MODULATION SPATIALE PERIODIQUE. L'INVENTION PERMET D'AMELIORER LA PRECISION DE LA DETERMINATION DE LADITE COORDONNEE.

Description

1 i 2528971 La présente invention concerne les techniques de

mesure et a notamment pour objet un procédé de détermina-

tion d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace

et un dispositif pous sa mise en oeuvre.

Il existe un procédé de détermination d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace et un dispositif pour le réaliser (cf brevet japonais No 52-7938 HKU 106, p 34) consistant à engendrer, en vue d'obtenir les coordonnées des points de l'objet, dans l'espace voisin de celui-ci, un champ lumineux cohérent principal sous forme d'une répartition spatiale &î de l'éclairement La fonction de caractéristique optique de ce champ qui établit une correspondance biunivoque entre la valeur de la caractéristique optique en un point de ce

-15 champ, identifié au point choisi de l'objet, et la coordon-

née dudit point, est faite par variation monotone dans le temps de ladite répartition en S de l'éclairement, obtenue par exploration régulière du point choisi de l'objet avec un faisceau laser étroit Ensuite on mesure la valeur de caractéristique optique à ce point du champ lumineux cohérent principal La caractéristique optique est évaluée par le temps séparant l'instant o le faisceau laser étroit passe par le point choisi de l'objet de celui de début de l'exploration Ce temps, qui est proportionnel à la coordonnée du point choisi de l'objet, permet d'en trouver une en direction de l'exploration Si la vitesse linéaire d'exploration est V, la coordonnée x du point choisi de l'objet sera x = V T ( 1) o T est le temps mesuré entre le début de l'exploration et l'instant de passage du faisceau laser

étroit par le point choisi de l'objet.

Ce dispositif connu de détermination d'une coordonnée du point choisi d'un objet dans l'espace est

en deux parties, l'une émettrice et l'autre réceptrice.

La partie émettrice comporte une voie optique de trans-

mission principale, dotée, en vue de créer un champ 2 2528971 l lumineux cohérent principal dans l'espace voisin de l'objet, d'un laser, d'un bloc de prédéfinition de la caractéristique optique sous forme d'un élément effectuant l'exploration laser du point choisi de l'objet en direction de la mesure et d'un convertisseur optique fournissant un pinceau laser étroit La partie réceptrice du dispositif contient une voie de réception principale, composée d'un récepteur photo-électrique en conjugaison optique avec ledit point de l'objet et d'un bloc de mesure raccordé à un bloc de calcul des coordonnées En plus des organes ci-dessus, la partie réceptrice comporte un générateur de signaux de référence produisant -le signal de déclenchement de

l'exploration La conjugaison optique du récepteur photo-

électrique avec ledit point de l'objet s'obtient dans le dispositif par le fait que le récepteur photo-électrique

se place immédiatement au point choisi de l'objet.

La précision de détermination d'une coordonnée à

l'aide dudit procédé et dudit dispositif pour la détermina-

tion d'une coordonnée du point choisi d'un objet tient essentiellement à la stabilité de la vitesse d'exploration V

et à l'erreur de découpage du temps T impossible à minimi-

ser à cause de l'étalement naturel du pinceau laser.

Il existe un procédé de détermination d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace et un dispositif mettant en application ledit procédé (cf brevet Grande Bretagne NI 1521351 cl int G 01 B 11/14, B 11/24, 19.01 1976) selon lequel on produit en vue de mesurer les coordonnées des points à la surface de-l'objet, le long de l'un des axes de coordonnées à proximité de la surface de l'objet, un champ lumineux cohérent sous forme

d'un ensemble de plans lumineux équidistants entre eux.

L'une des caractéristiques optiques dudit champ lumineux est la distribution de sa phase suivant la direction de

mesure de la coordonnée d'un point de l'objet Tout en-

faisant déplacer le champ lumineux par rapport à l'objet à étudier, on mesure en continu la phase du champ lumineux à partir d'un certain instant zéro La phase ainsi mesurée

3À 2528971

sert à trouver la coordonnée de tout point de l'objet en référence à un point d'origine de l'objet correspondant

à l'instant zéro de la mesure.

Ce dispositif connu de détermination d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace comporte une partie émettrice et une partie réceptrice -La partie

émettrice contient une voie optique de transmission princi-

male, dotée, en vue de créer un champ lumineux cohérent principal au voisinage de l'objet, d'un laser, d'un bloc de prédéfinition de la caractéristique optique sous forme d'un séparateur de faisceau et d'un convertisseur optique qui est un objectif La partie réceptrice comporte un récepteur photo-électrique en conjugaison optique avec le point choisi de l'objet et un bloc de mesure relié à un

bloc de calcul des coordonnées.

Toutefois ledit procédé et ledit dispositif sont incapables de fournir à tout moment la coordonnée du point choisi de l'objet, car, selon ce procédé, il serait alors nécessaire d'explorer en continu l'objet avec un champ lumineux à partir d'un certain point d'origine de l'objet, ce qui comporte des risques de coupures accidentelles du signal de mesure produisant des erreurs cumulatives sur la mesure de la coordonnée d'un point choisi sur la surface de l'objet Les coupures accidentelles du signal de mesure tiennent aux propriétés statistiques de la lumière diffusée par la surface de l'objet Un autre inconvénient dudit procédé et dudit dispositif est qu'ils s'opposent à la détermination directe de la coordonnée d'un point de

l'objet par rapport à un point en dehors de celui-ci.

Le procédé le plus proche de celui selon l'inven-

tion est le procédé connu de détermination des coordonnées d'un point d'un objet dans l'espace (cf brevet américain No 3930734 Xcl int G 01 B 9/02, 26 04 1974) dans lequel la mesure de la coordonnée d'un point de l'objetle long de l'un des axes de coordonnées comporte les opérations suivantes

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la génération, dans la zone voisine de l'objet,

d'un champ lumineux cohérent principal dont la caractéris-

tique optique représente une répartitionrégulière de phase de O à 360 suivant la direction de la mesure de la coordonnée obtenue par interférence de deux faisceaux lumineux cohérents croisés; la mesure de la phase du champ lumineux cohérent en un point du champ identifié au point choisi de l'objet; le calcul, à partir de la phase mesurée, de la coordonnée du point choisi de l'objet suivant la direction

de mesure des coordonnées.

Toutefois, dans ce cas, pour obtenir une haute précision de la mesure de la coordonnée, il est nécessaire de résoudre le problème technique délicat de l'évaluation

précise de la phase du champ lumineux Par exemple, si-

l'objet mesure 1 m suivant la direction de la mesure des coordonnées, la détermination en valeur absolue d'une coordonnée d'un point de l'objet avec une erreur absolue de 10 4 m nécessite la mesure de la phase du champ lumineux

cohérent avec une erreur de 0,036 , ce qui est technique-

ment compliqué Or l'obtention, à l'aide dudit procédé, de la coordonnée d'un point dudit objet avec une erreur commensurable avec la longueur d'onde lumineuse s'avère

pratiquement impossible.

La présente invention vise donc à améliorer la précision de la détermination des coordonnées d'un point d'un objet dans l'espace au moyen d'un système de champs lumineux cohérents supplémentaires formés autour de l'objet. Le but ainsi posé est atteint du fait que le procédé de détermination des coordonnées d'un point d'un objet dans l'espace, du type consistant à former dans l'espace voisin de l'objet un

champ lumineux cohérent principal dont l'une des caracté-

ristiques optiques établit une correspondance biunivoque entre-la valeur de la caractéristique optique en un point dudit champ, identifié au point choisi de l'objet, et la coordonnée dudit point suivant au moins l'un des axes de coordonnées, à mesurer la caractéristique optique à ce point du champ lumineux cohérent principal, et à trouver,d'après la valeur mesurée, la coordonnée du point choisi de l'objet suivant la direction de la mesure des coordonnées, est caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on crée dans la zone voisine de l'objet au moins un champ lumineux cohérent supplémentaire sans aucun rapport avec le champ principal et dont

l'éclairement est sujet à une modulation spatiale pério-

dique, que, tout en mesurant la caractéristique optique en un point du champ lumineux cohérent principal, identifié au point choisi de l'objet, on détermine la phase du champ lumineux cohérent supplémentaire au même point dans la limite de 2 1 < rd, qu'on recherche ensuite le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle se situe à l'instant de mesure le point choisi de l'objet comme la partie entière de la différence entre le rapport de la coordonnée du point choisi de l'objet, évaluée à la caractéristique optique en un point du champ lumineux cohérent principal, identifié au point choisi de l'objet, à la période de modulation spatiale

périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplé-

mentaire et la phase dudit champ supplémentaire au même point, exprimée en fractions de la période de modulation spatiale périodique de son éclairement} que la coordonnée d'un point de l'objet suivant un axe de coordonnées se détermine comme la somme des périodes de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire dont le nombre de facteurs a une unité de moins que le numéro trouvé de la période de modulation spatiale d'éclairement et de la phase mesurée, exprimée en fractions de la période de modulation spatiale d'éclairement. Cela permet d'améliorer considérablement la précision de détermination des coordonnées d'un point d'un

objet dans l'espace et d'en rendre les mesures plus sûres.

Il est raisonnable que la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire soit adoptée égale à deux fois l'erreur limite de mesure de la coordonnée du point choisi de l'objet, évaluée à la caractéristique optique du champ lumineux

cohérent principal.

Cela permet de trouver sans ambiguïté le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point choisi

-de l'objet.

Il est utile, au fur et à mesure de l'augmentation des exigences de précision des coordonnées, de former une série de champs lumineux cohérents supplémentaires, indépendants tant du champ principal que l'un de l'autre et dont l'éclairement subit une modulation spatiale périodique Dans cette série, la période de modulation

spatiale périodique d'éclairement de chaque champ supplé-

mentaire précédent doit dépasser celle du champ supplémen-

taire suivant Parallèlement à la mesure de la caractéris-

tique optique en un point du champ lumineux cohérent principal, identifié au point choisi de l'objet,-il faut déterminer au même point la phase dans la limite de 2 "rd pour chaque champ lumineux cohérent supplémentaire suivant et trouver le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle se situe à l'instant de mesure le point choisi de l'objet Ce numéro s'obtient comme la partie entière de la différence entre le rapport de la coordonnée du point choisi de l'objet évaluée au numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement et à la phase, déduits du champ lumineux

cohérent supplémentaire précédent, à la période de modula-

tion spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire considéré et la phase dudit champ au même point, exprimée en fractions de la période de modulation spatiale périodique de son éclairement Ensuite la coordonnée d'un point d'un objet le long d'un axe de coordonnées se détermine par la somme des périodes de modulation spatiale, d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire considéré dont le nombre de facteurs a une unité de moins que le numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement et de la phase mesurée, exprimée en fractions de la période de modulation spatiale d'éclairement. Cela permet d'atteindre le maximum possible de précision dans la détermination des coordonnées d'un point d'un objet, la limite supérieure de précision n'étant imposée que par la stabilité du laser utilisé et les bruits

de grenaille des récepteurs photo-électriques.

Le nombre de champs lumineux cohérents supplémen-

taires à modulation spatiale périodique d'éclairement est déterminé par la précision à atteindre dans la mesure de

la coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace.

Il est utile que la période de modulation spatiale

d'éclairement de chaque champ lumineux cohérent supplémen-

taire suivant soit supérieure au double de l'erreur limite sur la mesure d'une coordonnée d'un point d'un objet réalisée à l'aide du champ lumineux cohérent supplémentaire

précédent, le nombre de champs lumineux cohérents supplé-

mentaires à modulation spatiale périodique d'éclairement étant fonction de la précision spécifiée pour la mesure

d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace.

Cela permet de trouver sans ambiguïté le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du dernier champ lumineux cohérent supplémentaire dans laquelle, à l'instant de mesure se situe le point de

l'objet, et d'optimaliser la mesure des coordonnées.

Le but exposé plus haut est également atteint du fait que dans le dispositif mettant en application le procédé de détermination d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace, composé d'une partie émettrice comportant une voie optique de transmission principale

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servant à produire dans l'espace voisin de l'objet un champ lumineux cohérent principal et-constituée par un laser, un bloc-de prédéfinition de la caractéristique optique établissant une correspondance biunivoque entre les valeurs -de celle-ci en un point dudit champ, identifié au point choisi de l'objet, et la-coordonnée dudit point suivant la direction de la mesure ? et un convertisseur optique, et d'une partie réceptrice constituée par une voie de réception principale comportant un récepteur photo-électrique en conjugaison optique avec le point choisi de l'objet, un générateur de signal de référence et un bloc de mesure raccordé à un bloc de calcul de la coordonnée du point choisi de l'objet, selon l'invention la partie émettrice contient au moins une voie optique de transmission supplémentaire comportant-un laser et, disposés dans son axe optique, un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement, un bloc de modulation spatiale périodique d'éclairement et un convertisseur optique, et que la partie réceptrice comporte une voie de réception supplémentaire composée d'un récepteur photo-électrique en conjugaison optique avec le point choisi de l'objet et d'un bloc de mesure raccordé audit bloc de calcul des coordonnées, le

nombre de voies de transmission et de réception supplémen-

taires étant fonction de la précision requise de détermina-

tion des coordonnées du point choisi de l'objet.

Il est avantageux, en vue de déterminer les.

_ l ioarlone r 1 r A-de ilr= nolnf d ton b B -

que la partie réceptrice du dispositif comporte pour chaque point de l'objet une voie de réception principale et au moins une voie de réception supplémentaire qui aient chacune son bloc de mesure raccordé à un bloc de calcul

des coordonnées.

Il est avantageux, d'autre part, lorsque la grande rapidité de détermination de la-coordonnée du point choisi de l'objet n'est pas impérative, que la partie émettrice du dispositif comporte un commutateur optique placé à la sortie de la totalité des voies optiques de transmission, que la partie réceptrice contienne un récepteur photoélectrique en conjugaison optique avec le point choisi de l'objet et un commutateur de voies de réception qui ait son entrée raccordée à la sortie du récepteur photo-électrique et à celle du générateur de signaux de référence, la sortie dudit commutateur étant raccordée aux blocs de mesure des voies de réception

principale et supplémentaire.

Cela permet de simplifier d'une manière sensible le dispositif pour la détermination d'une coordonnée du

point choisi d'un objet dans l'espace.

Il est utile, en vue d'une détermination non simultanée des coordonnées de plusieurs points d'un objet dans l'espace, que la partie réceptrice du dispositif comporte des récepteurs photo-électriques, chacun en conjugaison optique avec le point respectif-de l'objet, et un commutateur de récepteurs photo-électriques qui ait ses

entrées raccordées aux sorties des récepteurs photo-

électriques et à la sortie du générateur de signaux de référence et sa sortie réunie à l'entrée du commutateur de voies de réception, les sorties du commutateur de voies de réception étant raccordées aux blocs de mesure de la voie de réception principale et de la totalité des voies de

réception supplémentaires.

Il en résulte une simplification substantielle du dispositif pour la détermination des coordonnées de

plusieurs points d'un objet dans l'espace.

Il est raisonnable que, selon le mode de réalisa-

tion préféré du dispositif pour la détermination des coordonnées d'un ou de plusieurs points d'un objet dans l'espace, dans la voie optique de transmission principale le bloc de-prédéfinition de la caractéristique optique établissant une correspondance biunivoque entre les valeurs de la caractéristique optique et la coordonnée d'un point de l'objet représente une suite, disposée dans l'axe optique d'un laser, d'un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement et d'un bloc de modulation spatiale périodique d'éclairement, la voie de réception principale et la voie de réception supplémentaire étant dotées de

blocs de mesure de conception identique.

Cela permet de rendre homogènes les voies de transmission et de réception et de simplifier le dispositif. Il est alors utile que le bloc de mesure de la voie de réception supplémentaire se présente comme un

phasemètre couvrant une gamme de O à 2 7 if rd.

Il est avantageux, en vue de déterminer la variation d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace, que la partie émettrice comporte une voie

optique de transmission principale, que-la partie récep-

trice contienne une voie de réception principale, dotée

d'une trame périodique disposée devant un récepteur photo-

électrique, solidaire de celui-ci et orientée suivant la direction de la mesure, que la période de la trame coïncide avec celle de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux cohérent principal et que le bloc de mesure de ladite voie représente un phasemètre dont la gamme s'étend de O à 2 l Y N rd (N = 1,2,3), raccordé au

bloc de calcul des coordonnées.

Cela permet de réaliser les mesures en cas de variation continue de la coordonnée du point choisi, par

exemple sur un objet en vibration.

Il est utile, en vue de déterminer la variation des coordonnées de plusieurs points d'un objet dans l'espace, que la partie réceptrice du dispositif possède, pour chaque point de l'objet, une voie de réception principale dont le bloc de mesure se présente sous forme d'un phasemètre couvrant une gamme de O à 2 T N rd (N = 1,2,3) et raccordé au bloc de calcul des coordonnées. Il est possible que le bloc de modulation spatiale

périodique d'éclairement soit un séparateur de faisceau.

Cela permet d'appliquer pour la modulation spatiale périodique d'éclairement des champs lumineux cohérents, utilisés par le dispositif, l'effet

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d'interférence de lumière.

Il est également raisonnable que dans l'une des formes de réalisation particulières du dispositif pour la détermination d'une coordonnée du point choisi d'un objet, utilisé pour relever la position de l'élément mobile d'un mécanisme à coordonnées, la voie optique dé transmission principale contienne, placés sur le socle immobile du mécanisme à coordonnées, un laser et une suite optiquement coaxiale à ce dernier d'un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement, d'un convertisseur optique et d'un bloc de modulation spatiale périodique d'éclairement composé d'un séparateur de faisceau et de deux trames périodiques à périodes différentes, montées sur l'élément mobile de façon perpendiculaire à l'axe optique dulaser et orientées suivant le mouvement de l'élément mobile, que la voie de réception principale comporte des récepteurs photo-électriques placés sur le socle immobile du mécanisme à coordonnées de manière que chacun fasse suite à l'une des trames périodiques et raccordés à un bloc de mesure relié au bloc de calcul descoordonnées, le bloc de mesure se présentant comme un phasemètre couvrant une

gamme de O à 2 fr rd.

Il est alors raisonnable que dans la gamme de mesure de la position de l'élément mobile le nombre de périodes d'une trame dépasse d'une unité celui de l'autre

trame dans la même gamme.

Cela permet d'établir une correspondance bi-

univoque entre les valeurs de la caractéristique optique du champ lumineux cohérent principalet les coordonnées du point choisi d'un objet, en l'occurrence, l'orientation

de l'élément mobile.

Il est-dans ce cas nécessaire que la sortie du récepteur photo-électrique disposé derrière la trame comportant le plus petit nombre de périodes soit raccordée

à 1 'entrée de mesure d'un phasemètree 1 a sorte du récepteur photo-

électrique consécutif à la trame comportant le plus grand nombre de périodes étant raccordée'à l'entrée de référence

dudit phasemètre.

Il est utile que dans ledit dispositif pour la détermination de la position de l'élément mobile la voie optique de transmission supplémentaire comporte une trame périodique, placée sur l'élément mobile du mécanisme à coordonnées de façon perpendiculaire à l'axe optique du laser de la voie principale et orientée suivant le mouvement de l'élément mobile, que le nombre de périodes de ladite trame dépasse dans la gamme de mesure le nombre de périodes de n'importe quelle trame de la voie principale d'un nombre entier, que la voie de réception principale contienne un récepteur phot-électrique placé sur le socle immobile du mécanisme à coordonnées à la suite de la trame, et un bloc de mesure sous forme d'un phasemètre couvrant une gamme de O à 2 Jr rd et relié au blocde calcul des coordonnées, que la sortie dudit récepteur photo-électrique soit raccordée à l'entrée de référence du phasemètre, l'entrée de mesure du phasemètre étant réunie à la sortie du récepteur photo-électrique de la voie de réception principale, installé derrière la trame comportant le plus

petit nombre de périodes.

Cela permet d'améliorer la précision de détermi-

nation-de la position de l'élément mobile du mécanisme à coordonnées. Il est alors nécessaire que le nombre de périodes de la trame dans la gamme de mesure de chaque voie de transmission supplémentaire suivante dépasse d'un nombre entier celui de la trame de la voie optique de transmission

supplémentaire précédente.

Il est avantageux qu'en cas d'adjonction de chaque voie de réception supplémentaire suivante la sortie du récepteur photo-électrique de ladite voie soit raccordée elle aussi à l'entrée de,référence du phasemètre de la

voie de réception supplémentaire précédente.

Cela permet d'atteindre-une précision pratiquement: accessible de détermination de la position de l'élément mobile d'un dispositif à coordonnées dont la limite

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supérieure est fixée uniquement par les bruits propres des récepteurs photo-électriques et la stabilité de fréquence

du rayonnement laser.

Il est avantageux que dans tous les modes précités de réalisation du dispositif le bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement se présente comme un modulateur de fréquence optique, placé dans l'axe optique d'un laser et destiné à décaler la fréquence du

rayonnement laser.

Cela permet de transformer l'information sur la

phase d'un champ lumineux cohérent en un signal radio-

électrique et d'atteindre une précision de mesure élevée.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la

lumière de la description explicative-qui va suivre de

différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels la figure 1 schématise la disposition mutuelle de l'objet et du champ lumineux cohérent principal; la figure 2 schématise le principe de détermination de la coordonnée XA du point A de l'objet à l'aide du champ lumineux cohérent principal, selon l'invention; la figure 3 schématise la disposition mutuelle de l'objet et d'un champ lumineux cohérent supplémentaire, selon l'invention; la figure 4 schématise la répartition de phase dans un champ lumineux cohérent supplémentaire le long de l'axe de coordonnées choisi, selon l'invention;

la figure 5 schématise le principe de détermina-

tion du numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement d'un champ lumineux cohérent supplémentaire dans laquelle se situe, à l'instant de mesure, le-point A de l'objet, selon l'invention;

la figure 6 schématise le principe de-détermina-

tion du numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement d'un deuxième champ lumineux cohérent supplémentaire dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point A de l'objet, selon l'invention; la figure 7 représente le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination d'une coordonnée du point choisi de l'objet, doté d'une voie optique de transmission principale; d'une voie de réception principale, d'au moins une voie optique de transmission-supplémentaire et d'au moins une voie de réception supplémentaire, selon l'invention; la figure 8 montre la disposition relative d'un laser et d'un bloc de modulation spatiale périodique d'éclairement, réalisé sous forme d'un séparateur de faisceau, selon l'invention; la figure 9 schématise la séparation des pinceaux laser à l'aide d'un séparateur de faisceau à deux miroirs; la figure 10 schématise la séparation des pinceaux à l'aide d'un prisme polarisateur de Glan; la figure 11 montre la disposition mutuelle, dans l'axe optique du laser, d'un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement, réalisé sous forme d'un modulateur de fréquence optique, et du séparateur de pinceaux, selon l'invention; la figure 12 représente le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet, selon l'invention; la figure 13 est le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination d'une coordonnée d'un point de l'objet dans l'espace, doté de commutateurs, selon l'invention; la figure 14 est le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet dansl'espace, doté de commutateurs, selon l'invention; la figure 15 est le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination d'une coordonnée d'un

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point de l'objet dans l'espace, dont les voies de trans-

mission et de réception principales sont d'une conception identique à celle des voies de transmission et de réception supplémentaires, selon l'invention; la figure 16 est le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet dans l'espace, selon l'invention; la figure 17 est le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination d'une coordonnée du point choisi de l'objet dans l'espace, doté d'un commutateur de voies optiques, selon l'invention; la figure 18 est le schéma de principe d'un dispositif pour la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet dans l'espace, doté d'un commutateur de voies optiques et d'un commutateur de récepteurs photo-électriques, selon l'invention; la figure 19 schématise un dispositif pour la détermination d'une coordonnée d'un point de l'objet en cas de déplacement continu de celui-ci dans l'espace par rapport à sa position initiale, selon l'invention; la figure 20 schématise un dispositif pour la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet en déplacement dans l'espace, selon l'invention; la figure 21 schématise un dispositif pour la détermination de la position de l'élément mobile d'un mécanisme à coordonnées, doté uniquement d'une voie de transmission principale et d'une voie de réception principale, selon l'invention; la figure 22 schématise un dispositif pour la détermination de la position de l'élément mobile d'un

mécanisme à coordonnées, doté d'une voie optique de -

transmission supplémentaire et d'une voie de réception supplémentaire, selon l'invention; la figure 23 montre schématiquement un dispositif pour la détermination de la position de l'élément mobile d'un mécanisme à coordonnées à deux voies optiques

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de transmission supplémentaires et à deux voies de réception

supplémentaires, selon l'invention.

Le procédé de détermination d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace selon l'invention est mis en oeuvre de la façon suivante. On supposera qu'il faille déterminer la coordonnée XA du point A d'un objet 1 dans l'espace (figure 1) A cet effet on crée à proximité de l'objet 1 un champ luminexu

cohérent 2, dit principal, tel que l'une de ses caractéris-

tiques optiques _ permette d'établir une correspondance biunivoque entre sa valeur ^A en un point dudit champ, identifié au point choisi A de l'objet, et la coordonmée vraie XA du point A de l'objet suivant l'un des axes-de coordonnées (figure 2) Le rôle de cette caractéristique optique du champ lumineux peut, par exemple, être rempli soit par une répartition spatiale monotone d'éclairement dans toute la gamme de mesure des coordonnées des points choisis de l'objet, soit par une répartition spatiale monotone de phase d'un champ lumineux obtenue, par exemple, par interférence de lumière, comme c'est le cas dans le brevet américain N O 3 930 734, soit par une répartition monotone en J de l'éclairement en fonction du temps résultant, par exemple, d'une exploration régulière de l'objet avec îfn-pinceau lumineux étroit, comme cela est décrit dans les brevets de la R F A NI 2 157 813, cl int 01 B 11/06, 22 11 1971, ou des U S 'A No 3 781 115, cl int Ol BI 1 00, Ol Bll 04,

01 B 11/30, 02 4 1972.

Ensuite on mesure la valeur A de la caracté-

ristique optique en un point d'un champ lumineux cohérent principal, identifié au point A de l'objet, qui peut être soit l'intensité lumineuse, soit la phase, soit un intervalle de temps, etc. Les mesures se font par tout procédé existant, par exemple en transformant le signal optique en valeur électrique mesurable par un voltmètre, un phasemètre, un

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mesureur de temps,-etc Ensuite, on détermine d'après la valeur mesurée de la caractéristique optique la valeur XAO de la coordonnée du point A de l'objet suivant

l'axe des X qui est une approximation de sa valeur vraie XA.

De cette façon on trouve la valeur XAO de la coordonnée du point A de l'objet suivant l'un des axes de coordonnées De la même façon on obtient le reste des

coordonnées du point A de l'objet.

Si la précision de mesure XA XAO des

XA

coordonnées est insuffisante, on crée selon l'invention, au moins un champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' sans rapport avec le champ lumineux principal 2 et dont l'éclairement est sujet à une modulation spatiale périodique (figure 3) La modulation spatiale périodique d'éclairement est obtenue par l'un quelconque des procédés connus, par exemple à l'aide de l'interférence de deux (ou plusieurs) faisceaux croisés de lumière cohérente, comme c'est le cas desdits brevets Grande Bretagne N O 1 521 351 et U S A.

No 3 930 734.

Dans ce cas, le point A de l'objet tombe à l'instant de mesure de sa coordonnée dans l'une des périodes 4 de modulation spatiale d'éclairement (figure 4) Pour rechercher la coordonnée X Al par approximation suivante de la valeur vraie XA 9 on trouve le numéro N 1 de cette période de modulation spatiale d'éclairement et on définit la phase t'A 1 du çhamp lumineux cohérent supplémentaire au point A dans la limite de 2 WY rd Ensuite la coordonnée XA du point A de l'objet le long de l'axe de coordonnées choisi se détermine par la somme des périodes Al de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire dont le nombre de facteurs a une unité de moins que le numéro trouvé de la période de modulation spatiale d'éclairement et de la phase mesurée, exprimée en fractions de la période de modulation spatiale d'éclairement:

2528971.

X + =(N-1) 2 ( 2)

o XA est-la coordonnée recherchée du point A de l'objet; 1 N 1 est le numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement dans laquelle se situe àl'instant de mesure le point A de l'objet; P Y est la phase du champ lumineux cohérent -supplémentaire 3 ' au point A, mesurée dans la limite de O à 2 Tr rd; A est la période de modulation spatiale

périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent-

supplémentaire 3 '.

Le numéro N 1 de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point A de l'objet s'obtient de la manière suivante. Soit XAO la valeur de-la coordonnée du point A de l'objet (figure 5), déterminée d'après la valeur de la caractéristique optique au point du champ lumineux cohérent

principal qui coîncide avec le point choisi de l'objet.

L'erreur dans la détermination de cette valeur constitue + A x O par rapport à la valeur vraie de XA de la coordonnée du point A de l'objet, de sorte que

XAO =XA + A X ( 3)

On divise cette égalité par la période t de modulation spatiale périodique d'éclairement

X X X

AO _ A _ _ 4 _

et on retranche des deux membres la valeur mesurée de la phase Y A exprimée en radians du champ lumineux cohérent i supplémentaire 3 ' au point A de l'objet XA O Al = XA _ A 1 + X O DûA 1 2 Tr A 1 2 WK A 1 la phase mesurée A étant, elle aussi précise à près, 1 tr f A 1 f A 1 A on a + ( 6) 211 2 l 21 r o tr est la valeur vraie de la phase du Al,

champ cohérent supplémentaire au point A de l'objet.

Finalement, on peut écrire: tr XA O A 1 XA f A 1 t A t X O

_ O = + + ( 7)

A 2 i A 1 2 Xr 2 T A 1 Il est évident que la quantité tr XA f Al Ai 211 t 1 2 r est bien le numéro recherché N 1 de la période de modulation spatiale d'éclairement dans laquelle se situe à l'instant de mesure le point A de l'objet Ce numéro peut être rapproché de l'entier le plus proche de la quantité, c'est-à-dire:

XAO _ 91 8

N 1 = int ( + ( 8) 21 T+ à condition que 1 2 g O + 2 < 1 o int (Z) représente un entier au plus égal à Z.

Par exemple, int ( 4,3) = 4, int ( 0,1) = O, int (-4,3) = -5.

Ainsi, le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point A de l'objet est donné par la partie entière de la différence entre le rapport de la coordonnée XOA du point A de l'objet, déterminée d'après la caractéristique optique au point du champ lumineux cohérent principal 2 coïncidant avec le point choisi de l'objet, à la valeur AI de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' et la phase 7 A de ce dernier au même point, exprimée en fractions de la période de modulation

spatiale de son éclairement -

Si l'on veut connaître la coordonnée du point A avec plus de précision, il faut créer encore un (deuxième) champ lumineux cohérent supplémentaire 3 " à modulation

spatiale périodique d'éclairement.

La modulation spatiale périodique d'éclairement s'obtient par n'importe lequel des procédés existants, par exemple au moyen de l'interférence de deux (ou de plusieurs) faisceaux croisés de lumière cohérente, comme décrit dans les brevets Grande-Bretagne N I 521 351 et U.S A N 3 930 734 précédemment cités Dans ce cas, le point A de l'objet se situe,à l'instant de mesure de sa coordonnée, dans l'une des périodes de modulation spatiale d'éclairement de chacun des champs lumineux cohérents

supplémentaires (figure 6) En vue de déterminer la coordon-

née recherchée XA 2 du point A de l'objet 1, on trouve dans le deuxième champ supplémentaire 3 " le numéro N 2 de la période de modulation spatiale d'éclairement-o tombe à l'instant de mesure le point A, et on définit la phase f A 2 dans la limite de 2 Tr rd Ensuite la coordonnée XA 2 du point A de l'objet suivant l'axe de coordonnées choisi s'obtient comme la somme des périodes de modulation spatiale

d'éclairement du deuxième champ lumineux cohérent supplé-

mentaire 3 ", dont le nombre de facteurs a une unité de moins que le numéro trouvé N 2 et la phase mesurée PA exprimée en fractions de la période de modulation spatiale d'éclairement: i=N 2-1 + A 2 t A (

X -"A 22 2 = 192 21 ( 9 >

A 2 J i= 21 2 21 r o X est la coordonnée recherchée du point A A 2 de l'objet, N 2 est le numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement du deuxième champ lumineux cohérent supplémentaire 3 " dans laquelle se situe, à l'instant de mesure, le point A de l'objet, / A 2 est la phase mesurée du deuxième champ lumineux cohérent supplémentaire 3 " au point A, située dans les limites de O et 2 Âr rd, A 2 est l'a valeur de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du deuxième champ

lumineux cohérent supplémentaire 3 ".

Le numéro N 2 de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point A de l'objet se calcule à partir de la coordonnée XA du point A-de l'objet, mesurée à l'aide des champs principal et supplémentaire précédents en procédant de la même façon que lors de la détermination de la coordonnée XA: -Al A 2 + ( 10) N 2 = int 2 2 Ici, comme précédemment int (Z) a la signification d'un entier au plus égal à Z. D'une manière générale, pour satisfaire aux exigences de précision dela détermination d'une coordonnée du point A, selon l'invention on forme simultanément N champs lumineux cohérents supplémentaires, sans rapport l'un avec l'autre ( 3 ', 3 " 3 "' 3) et dont l'éclairement est sujet à une

modulation spatiale périodique.

On détermine de proche en proche, ainsi qu'il a été décrit plus haut, les coordonnées X Ai (i = O 1, n-1); ensuite on trouve dans le dernier (le nième) champ cohérent supplémentaire 3 le numéro Nn de la période de modulation spatiale d'éclairement o se situe à l'instant de mesure le point A, et on définit la phase f A de ce champ au

point A dans la limite de 2 Tr rd Ensuite, comme précédem-

ment, la coordonnée XA du point A de l'objet suivant l'axe de coordonnées choisi s'obtient comme la somme des Nn-1 périodes de modulation spatiale d'éclairement et de la phase mesurée I An exprimée en fractions de la période

de modulation spatiale d'éclairement.

Si l'on connaît la précision à atteindre dans la détermination des coordonnées des points A suivant l'axe de coordonnées choisi, par exemple si l'on connaît l'erreur relative x A XA X x= et l'erreur de mesure de X x A la phase A, dans les champs cohérents supplémentaires, le nombre N de champs lumineux cohérents supplémentaires et le rapport m des périodes de modulation spatiale périodique des champs voisins se séterminent suivant les formules: log i-' + 1; n = int < r 1 ( 11) log i 4 Ai o m = est le rapport de la période de A i+ 1 modulation spatiale périodique d'éclairement du i-ième

champ cohérent à celle du (i+ 1)-ième champ.

Par exemple, pour une erreur relative x = 10-

et une erreur de mesure de la phase ZA = 10 = 0,17 rd, on a: n = int 1 4 + 1 = 1 + 1 = 2 1,2 De cette façon, dans l'exemple considéré, pour mesurer les coordonnées du point A avec une erreur -x= 10 '3 et à condition que la phase puisse être mesurée à 10 près, il faut former deux champs lumineux cohérents supplémentaires; dans ce cas, le rapport m de la période de la modulation 2528971 l spatiale d'un champ à celle du champ suivant s'écrit m < 11 17,47 0,17 Comme il est plus commode que m soit un nombre.

-entier, m est'donc égal à 17.

Le dispositif mettant en application le procédé de détermination d'une coordonnée du point A d'un objet 1 dans l'espace selon l'invention comporte une partie-émettrice 5 et une partie réceptrice 6 (figure 7) La partie émettrice 5 comprend une voie optique de transmission principale 7 servant à créer dans l'espace proche de l'objet 1 un champ lumineux cohérent principal 2; elle comporte un laser 8, un bloc 9 deprédéfinition de la caractéristique optique qui établit une correspondance biunivoque entre ses valeurs au point de ce champ qui coïncide avec le point A de l'objet 1, et la coordonnée dudit point suivant la direction de la mesure, un convertisseur optique 10 destiné à former un champ lumineux 2 de dimensions requises autour de l'objet 1; au moins une voie optique de transmission supplémentaire 11 ' servant à engendrer dans l'espace voisin de l'objet 1 un champ lumineux cohérent supplémentaire 3 '; cette voie se compose d'un laser 12 comportant dans son axe optique un bloc 13 de modulation temporelle périodique

d'éclairement et un bloc 14 de modulation spatiale pério-

dique d'éclairement, et d'un convertisseur optique 10.

La partie réceptrice comporte une voie de réception principale 15 composée d'un récepteur photo-électrique 16 en conjugaison optique avec le point A de l'objet, et d'un bloc de mesure 17; au moins une voie de réception supplémentaire 18 ' comportantun récepteur photo-électrique 19 en conjugaison

optique avec le point A de l'objet, et un bloc de mesure 20;.

un générateur de signal de référence 21 raccordé au bloc de mesure 17 de la voie de réception principale et au bloc de mesure 20 de la voie de réception supplémentaire 18 '; un bloc de calcul des coordonnées 22 raccordé au bloc de mesure 17 de la voie de réception principale 15 et au bloc de mesure 20 de la voie de réception supplémentaire 18. Le bloc de calcul des coordonnées 22 qui peut, par exemple, être un ordinateur, a pour but d'évaluer suivant les formules ( 2), ( 8), ( 9) et ( 10) les coordonnées du point A de l'objet suivant la direction de la mesure à partir des données provenant des voies de réception

principale-et supplémentaires.

La conjugaison optique des récepteurs photo-

électriques 16 et 19 des voies de réception principale 15 et supplémentaire 18 '-avec le point A de l'objet 1-peut s'effectuer, par exemple, à l'aide d'une lentille (non représentée) guidant l'image du point A de l'objet vers les diaphragmes d'entrée (non représentés) des récepteurs photo-électriques 16 et 19, ou en plaçant les récepteurs photoélectriques 16 et 19 directement au point A de l'objet. Le bloc de prédéfinition de la caractéristique optique 9 de la voie optique de transmission principale 7 peut se présenter, par exemple, sous forme d'un élément optique explorant le récepteur photo-électrique 16 porté par l'objet à étudier avec un pinceau laser étroit suivant la direction de la mesure, comme dans le cas du brevet japonais No 52-7938 HKU 106, p 34 Dans ce cas, la fonction de caractéristique optique établissant une correspondance biunivoque entre ses valeurs au point A de

l'objet et la coordonnée de ce point suivant la direction-

de la mesure est remplie par une succession d'intervalles de temps entre le début de l'exploration et l'instant

d'apparition du signal du récepteur photo-électrique 16.

La modulation spatiale périodique d'éclairement des champs lumineux cohérents supplémentaires s'effectue, comme indiqué plus haut, par interférence de deux (ou y

2528971 '

de plusieurs) pinceaux lasers mutuellement cohérents, croisés à proximité de l'objet Pour effectuer la modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire, le bloc 14 de modulation spatiale périodique d'éclairement est réalisé sous forme d'un séparateur de faisceau 23 (figure 8) Le séparateur de faisceau 23 permet d'obtenir au point considéré de l'espace la fréquence nécessaire de modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire Les figures 9

et 10 montrent à titre d'exemple divers schémas de sépara-

tion des faisceaux La figure 9 montre le schéma de séparation des faisceaux à l'aide de deux miroirs, dont l'un ( 24) est semitransparentet l'autre ( 25), à réflexion totale La figure 10 schématise la séparation des faisceaux

à l'aide d'un prisme polarisateur de Glan 26.

La modulation temporelle périodique d'éclairement du champ lumineux ciérent supplémentaire est réalis& par un bloc 13 de modulation temporelle périodique d'éclairement

* (figure 7) dans une voie optique de transmission supplé-

mentaire 11 qui est un modulateur de fréquence optique 27 (figure 11) déplaçant la fréquence du rayonnement laser de l'un desdits pinceaux en interférence d'une valeur SL comprise dans la gamme des longueurs d'onde radio En effet, si, par exemple, deux pinceaux mutuellement cohérents I E 1 = E 10 expt-i (k 1 r L 1 t et E 2 = E 20 exp -i (k 2 r 2 t)l (o E 10 et E 20 sont les amplitudes des pinceaux k 1 et k 2 sont les vecteurs d'onde, r est le rayon vecteur du point considéré dans l'espace) se croisent dans une certaine zone de l'espace, leur interférence produit une image d'interférence mobile dont la répartition d'éclairement 2 a pour expression: =E 2 + E 2+ 2 E 1020 cos l(k l ( 12) 20 1 01 _ 2 r+ Le bloc de mesure 20 se présente comme un

phasemètre couvrant une gamme de 0 à 2 l W rd.

Le nombre de voies de transmission et de réception supplémentaires est choisi suivant l'erreur de mesure admise /\ x de la coordonnée XA du point A de l'objet et à l'erreur de mesure de la phase S 'i du signal des récepteurs photo-électriques 19 appartenant aux voies de réception supplémentaires 18, et se calcule, par exemple, suivant la formule ( 11) Plus rigoureuses sont les exigences de précision de mesure de la coordonnée, plus nombreuses

sont les voies supplémentaires.

Le générateur de signal de référence 21 est nécessaire pour fixer l'origine des coordonnées La fonction de générateur de signal de référence 21 peut, par exemple, être remplie par un générateur de tension sinusoïdale (non représenté) alimentant le modulateur de fréquence optique 27 qui fait déplacer la fréquence du rayonnement laser. Si l'on a à déterminer les coordonnées des deux points d'un objet à la fois, par exemple du point A et du point B dans l'espace, la partie réceptrice 6 du dispositif (figure 12) comporte pour chacun des points A et B de l'objet 1 des récepteurs photo-électriques 16 et 19, respectivement, des voies de réception principale 15 et supplémentaire 18, dont chacun est relié au bloc de mesure respectif 17 et 20 et au générateur de signaux de

référence 21.

S-'il faut déterminer les coordonnées de plusieurs points d'un objet dans l'espace, la partie réceptrice 6 du dispositif (figure 12) comprend pour chaque point de l'objet 1, par exemple pour les points A, B et C, des récepteurs photo-électriques 16 et 19, respectivement,des voies de réception principale 15 et supplémentaires 18 dont chacun est relié aux blocs de mesure 17 et 20 respectifs

et au générateur de signaux de référence 21.

La conjugaison optique desdits récepteurs photo-

électriques 16 et 19 avec le point respectif de l'objet 1 s'effectue par exemple comme précédemment, à l'aide d'un objectif qui envoie l'image du point de l'objet sur les diaphragmes desdits récepteurs photo-électriques, ou bien en plaçant lesdits récepteurs photo-électriques directement en chacun des points choisis de l'objet.

Les blocs de mesure 17 et 20 sont reliés comme-

précédemment au bloc de calcul des coordonnées 22.

La rapidité de fonctionnement du dispositif dépend essentiellement de la puissance des lasers utilisés et de la bande passante de l'appareillage électronique de la partie réceptrice Siune grande rapidité de fonctionnement n'est pas nécessaire, il est judicieux que la partie émettrice 5 du dispositif (figure 13) comporte à la sortie de toutes les voies optiques de transmission un commutateur de voies optiques 28 capable de déclencher et de-couper -sur un ordre les pinceaux laser formés par les voies optiques de transmission principale 7 et supplémentaires 11 Cela permet de limiter dans la partie réceptrice 6 du dispositif le nombre de voies de réception supplémentaires 18 à une seule, composée d'un récepteur photo-électrique 29 et d'un bloc de mesure 20 raccordé à ce dernier, Dans ce cas, il est avantageux de doter la partie réceptrice-6 d'un commutateur de voies de réception 30 servant à commuter en synchronisme avec le commutateur de voies optiques 28

les sorties du récepteur photo-électrique 29 et du généra-

teur de signaux de référence 21 entre les blocs de mesure

des voies de réception principale 15 et supplémentaire 18.

Il est à noter que grâce à l'adjonction au dispositif d'un commutateur de voies optiques 28 et d'un commutateur de voies de réception -30, on peut satisfaire avec beaucoup de facilité-lacondition d'indépendance entre

les champs lumineux cohérents principal 2 et supplémen-

taires 3.

Le bloc de mesure 20 est réalisé sous forme d'un

phasemètre couvrant une gamme de O à 2 if rd.

Le dispositif fonctionne de la manière suivante.

Le commutateur de voies optiques 28 déclenche le champ lumineux cohérent principal formé par la voie optique de transmission principale 7 A cet instant, la sortie du récepteur photo-électrique 29, en conjugaison optique avec le point A de l'objet et la sortie du générateur de signal de référence 21, sont raccordées à l'aide du commutateur de voies de réception 30 au bloc de mesure 17 de la voie de réception principale 15 qui mesure et transmet au bloc de calcul des coordonnées 22 la valeur 11 A de la

caractéristique optique du champ lumineux cohérent princi-

pal au point A Ensuite le commutateur de voies optiques 28 effectue la commutation des voies optiques de transmission, y compris la première des voies optiques de transmission supplémentaires 11 ' -A cet instant le commutateur 30 des voies de réception commute d'une mnière synchrone les sorties du récepteur photo-électrique 29 et du générateur de signal de référence 21 sur l'entrée du bloc de mesure 20 de la voie de réception supplémentaire 18 mesurant la

phase t 7 A du signal électrique du récepteur photo-

électrique 29 (qui, comme on l'a vu, coïncide avec celle du premier champ lumineux cohérent-supplémentaire au

point A) et transmettant sa valeur au bloc de calcul 22.

De cette façon, grâce au synchronisme du commutateur optique 28 et du commutateur de voies de réception 30, on -25 effectue la mesure et la mémorisation des valeurs de la caractéristique optique du champ lumineux cohérent principal 2 et de la phase de chacun des champs lumineux cohérents supplémentaires 3 au point A de l'objet Ensuite le bloc de calcul des coordonnées 22 évalue à partir des données reçues la coordonnée du point A de l'objet d'après

les formules ( 2), ( 8), ( 9) et ( 10).

Il est utile, à condition qu'une grande rapidité dans la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet ne soit pas impérative, que la partie réceptrice 6 (figure 14) du dispositif, qui a dans sa- partie émettrice 5 un commutateur de voies optiques 28, et dans sa partie réceptrice 6, un seul récepteur photo-électrique 29 en conjugaison optique avec le point A de l'objet 1 et dont la sortie, comme celle du générateur de signaux de référence 21, est raccordée à travers le commutateur de voies de réception 30 aux blocs de mesure 17 et 20, soit complétée par des récepteurs photo-électriques 29 (à raison d'un récepteur photo-électrique pour chaque point A, B, C) en conjugaison optique avec le point respectif de l'objet

A, B ou C (figure 14), le commutateur de voies de récep-

tion 30 étant précédé d'un commutateur de récepteurs

photo-électriques 31.

Cela offre la possibilité de n'adjoindre à la partie réceptrice 6 du dispositif qu'une seule voie de réception supplémentaire 18 composée d'un seul récepteur photo-électrique 29 auquel est raccordé, à travers un commutateur de récepteurs photo-électriques 31 et un

commutateur de voies de réception 30, un bloc de mesure 20.

L'adjonction au dispositif d'un commutateur de récepteurs photoélectriques 31 permet de simplifier sensiblement le

schéma synoptique du dispositif.

Le fonctionnement du dispositif s'effectue de la

manière suivante.

Le commutateur de voies optiques 28, commandé par le bloc de calcul des coordonnées 22, déclenche le champ lumineux cohérent principal 2 provenant de la voie optique de transmission principale 7 Au même instant, la sortie du récepteur photo-électrique 29 en conjugaison optique, par exemple, avec le point A de l'objet, -tout comme la sortie du générateur de signaux de référence 21, est raccordée par le commutateur de récepteurs photo-électriques 31 à l'entrée du commutateur de voies de réception 30 Le commutateur de voies de réception 30 relie à son tour la sortie dudit récepteur photo-électrique et celle du générateur 21 au bloc de mesure 17 de la voie de réception principale 15 qui mesure la valeur de la caractéristique optique du champ lumineux cohérent principal au point A

et la transmet au bloc de calcul des coordonnées 22.

Ensuite -le commutateur de voies-optiques 28 coupe

2528971;

la voie optique de transmission principale 7 et déclenche un champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' formé par la

première ( 11 ') des voies optiques de transmission supplé-

mentaires 11 A cet instant, le commutateur de voies de réception 30 commute la sortie du récepteur photo- électriques 29 en question et celle du générateur 21 sur l'entrée du bloc de mesure 20 de la voie de réception supplémentaire qui effectue la mesure et la transmission au bloc de calcul des coordonnées 22 de la valeur de la

phase '_FA du signal électrique dudit récepteur photo-

électrique C'est de cette manière que s'effectuent, à l'aide ducommutateur de voies optiques 28 et du commutateur de voies de réception 30 fonctionnant en synchronisme, la mesure et la mémorisation des valeurs de la phase de tous les champs lumineux cohérents supplémentaires suivants au

point A de l'objet Ensuite le bloc de calcul des coordon-

nées 22 évalue à partir des données reçues la coordonnée du point A de l'objet d'après les formules ( 2), ( 8),

( 9) et ( 10).

Ensuite le commutateur de récepteurs photo-

électriques 31 réunit l'entrée du commutateur de voies de réception 30 à la sortie du générateur de signaux de

référence 21 et à celle d'un autre récepteur photo-

électrique 29 en conjugaison optique, par exemple, avec le point B de l'objet, et le processus de mesures recommence. La commande du commutateur de voies optiques 28, du commutateur de récepteurs photo- électriques 31 et du commutateur de voies, de réception 30 est assurée par le

bloc de calcul des coordonnées 22.

Suivant l'un des modes de réalisation particuliers du dispositif mettant en application le procédé de détermination des coordonnées du point A d'un objet dans l'espace, la voie optique de transmission principale 7 de la partie émettrice 5 du dispositif (figure 15) est similaire à la voie optique de transmission supplémentaire 11 et comprend un laser 8, un bloc de prédéfinition de la

caractéristique optique 9 servant à établir une correspon-

dance biunivoque entre ses valeurs en un point dudit champ coïncidant avec le point A de l'objet, et la coordonnée dudit point suivant la direction de la mesure et comportant, placés dans l'axe optique du laser 8, un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement 13, un bloc demodulation spatiale périodique d'éclairement 14 et un convertisseur optique 10 La voie de réception principale 15 dela partie

réceptrice 6 du dispositif comprend un récepteur photo-

électrique 16 et un bloc de mesure 17 (figure 14) réalisé d'une manière analogue au bloc de mesure 20 de la voie de réception supplémentaire 18 sous forme d'un phasemètre

couvrant une gamme de O à 2 IY rd.

Pour permettre la détermination des coordonnées de plusieurs points de l'objet dans l'espace, la partie réceptrice 6 du dispositif (figure 16) comporte pour chaque point de l'objet 1, par exemple pour les points A, B et C,

des récepteurs photo-électriques 16 et 17 contenus respec-

tivement dans les voies de réception principale 15 et supplémentaires 18 et dont chacun est relié au bloc de mesure respectif 20 et au générateur de signaux de référence 21 Le fonctionnement du dispositif est celui

qu'on vient de décrire.

Si une grande rapidité d'action lors de la détermination de la-coordonnée d'un point de l'objet dans l'espace n'est pas nécessaire, la partie émettrice 5 du dispositif (figure 17) comporte à la sortie de toutes les voies optiques de transmission un commutateur de voies

optiques 28.

Il est à noter que la partie réceptrice 6 du dispositif ne possède alors que la voie de réception principale 15 comportant un récepteur photoélectrique 29 en conjugaison optique avec le point A de l'objet et raccordé au bloc de mesure 20 réalisé sous forme d'un

phasemètre couvrant une gamme de O à 2 '(Y rd, le commuta-

teur de voies de réception 30 (figure 13) étant dans ce

cas superflu.

Le fonctionnement du dispositif dont le schéma synoptique est donné à la figure 17, s'opère comme décrit plus haut: le commutateur de voies optiques 28 commute une par une la voie de transmission principale 7 et les voies de transmission supplémentaires 11 Simultanément, la voie de réception principale 15 effectue la mesure de la phase de chacun des champs lumineux cohérents 2, 3 ', 3 " au point Adel'objet Les données résultant de la mesure

sont transmises au bloc de calcul des coordonnées 22.

Lorsqu'il s'agit de déterminer les coordonnées de plusieurs points d'un objet, par exemple des points A, B et C, pour chacun de ces points on introduit dans la partie réceptrice 6 du dispositif dont le schéma synoptique est représenté à la figure 17 et-qui a dans sa partie émettrice 5 un commutateur de voies optiques 28, et dans sa partie réceptrice 6, uniquement une voie de réception principale 15, un récepteur photo-électrique 29 (figure 18) en conjugaison optique avec le point respectif (A, B ou C) de l'objet et un commutateur de récepteurs photo-électriques 31 qui a ses entrées raccordées auxdits récepteurs photo-électriques 29 et au générateur de signaux de référence 21, et sa

sortie, au bloc de mesure 20.

Le dispositifse comporte comme ci-dessus, à cela près qu'il est dépourvu du commutateur de voies de

réception 30 Le commutateur de récepteurs photo-

électriques 31 branche un par un les récepteurs photo-

électriques 29 sur le bloc de mesure 20 A chaque branche-

-ment, le commutateur de voies optiques 28 effectue à son tour la commutation successive de toutes les voies optiques de transmission 7 et 11 Les mesures sont transmises au bloc de calcul des coordonnées 22 qui commande le commutateur de voies optiques 28 et le commutateur de récepteurs

photo-électriques 31.

Dans le cas o il s'agit d'étudier des phénomènes à évolution continue des coordonnées des points choisis d'un objet à partir d'une certaine origine, par exemple le déplacement de l'objet, sa déformation ou sa vibration, la partie émettrice du dispositif ne comporte qu'une voie de transmission principale 7 (figure 19) composée d'un laser 8, de blocs de modulation temporelle ( 13) et spatiale ( 14)

périodique d'éclairement et d'un convertisseur optique 10.

La partie réceptrice 6 comprend un récepteur photo- électrique 29 conjugué optiquement avec le point A de l'objet, une trame périodique 32 qui précède immédiatement

le récepteur photo-électrique 29 (figure 19 '), un généra-

teur de signal de référence 21 et un bloc de mesure 20 sous forme d'un phasemètre électronique à gamme étendue de O à 2 Tr N rd (N = 1, 2, 3) La trame périodique 32 disposée devant le récepteur photo-électrique 29 et servant à une filtration spatiale adaptée du signal optique incident sur la photocathode du récepteur photo-électrique permet d'augmenter sensiblement le rapport signal/bruit

du signal d'entrée du phasemètre électronique L'optimali-

sation de la filtration spatiale adaptée s'obtient par le fait que, d'une part, la période de la trame 32 est rendue

égale à celle de modulation spatiale périodique d'éclaire-

ment du champ lumineux cohérent principal et que, d'autre part, la trame 32 est orientée suivant la direction de la mesure A l'aide du phasemètre électronique à gamme étendue de O à 2 f W N rd (N = 1, 2, 3), on effectue le comptage des parties entières et la mesure des parties

fractionnaires des périodes de modulation spatiale périodi-

que d'éclairement du champ lumineux cohérent principal

passées par le point A de l'objet 1 en mouvement continu.

Le générateur du signal de référence 21 est réalisable, comme c'est le cas ci-dessus, sous forme d'un générateur de tension sinusoïdale (inexistant à la figure 19) alimentant le bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement 13 qui est un modulateur de fréquence

optique 27.

-Le dispositif fonctionne de la façon suivante.

Le point A de l'objet 1 en mouvement (figure 19) traverse le champ lumineux cohérent principal 2 à modulation spatiale périodique d'éclairement qui a la forme de

252897 1

plans 33 à éclairement égal, parallèles l'un à l'autre

et espacés d'une période A\.

Il s'agit de mesurer en continu le nombre de parties entières N (x 0) et fractionnaires

0) des périodes de modulation spatiale d'éclaire-

2 Jq ment passant par le point A pendant son déplacement d'une quantité x O Pour que la précision de mesure soit meilleure et que le comptage soit possible l'éclairement du champ lumineux cohérent principal subit, comme on l'a signalé précédemment, une modulation temporelle par un

modulateur de fréquence optique 27 qui déplace continuelle-

ment dans l'espace les plans 33 à éclairement égal avec

une vitesse constante suivant la direction de la mesure.

Le récepteur photo-électrique 29 en conjugaison optique avec le point A de l'objet 1 fournit un signal alternatif dont la phase est proportionnelle au déplacement x du point A de l'objet au phasemètre 20 à gamme étendue de O à 21 N rd (N = 1, 2, 3) qui reçoit en même temps un signal du générateur de signaux de référence 21 La mesure de la phase 'p (x 0) = 2 M' N (x) + A 2 (xo) est transmise au bloc 22 de calcul de la coordonnée x du point A de l'objet. S'il s'agit de déterminer à la fois le déplacement de plusieurs points d'un objet dans l'espace, par exemple des points A, B et C, la partie réceptrice 6 du dispositif comporte, par point choisi A, B et C de l'objet 1, un récepteur photo-électrique 29 (figure 20) et une trame

périodique 32 placée devant chacun des récepteurs photo-

électriques 29 (figure 20 '), la période de la trame 32 étant celle de modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent principal La sortie de chacun des récepteurs photo-électriques 29 et la sortie du générateur de signaux de référence 21 sont raccordées à l'entrée du phasemètre électronique respectif à gamme étendue de O à 2 e N rd (N = 1, 2 3) Les sorties du phasemètre 20 sont raccordées au bloc de calcul des coordonnées 22 Le générateur de signal de référence 21

peut être réalisé comme ci-dessus.

Dans le cas o il s'agit de déterminer la position d'un élément mobile 34 (figure 21) d'un mécanisme à

coordonnées, par exemple dans les systèmes de la micro-

électronique, la voie optique de transmission principale 7 de la partie émettrice du dispositif comporte, placés sur le socle immobile 35 du mécanisme à coordonnées, un laser 8 comportant dans son axe optique un modulateur de fréquence optique 27 qui fait déplacer la fréquence du rayonnement laser, un séparateur de faisceau 23, un convertisseur optique 10 et deux trames périodiques 36 et 37 à périodes différentes;L et A 2, montées sur l'élément mobile 34 du mécanisme à coordonnées de façon àêtre orthogonales à l'axe optique du laser 8 et orientées suivant le mouvement

de l'élément mobile 34.

Les trames périodiques 36 et 37 sont réalisées de manière que le nombre de périodes de la trame 37 dans la gamme de mesure de la position de l'élément mobile 34 dépasse d'une unité le nombre de périodes de la trame 36

dans la même gamme.

Le convertisseur optique 10 a pour but d'engendrer autour de l'élément mobile 34 un champ lumineux cohérent

principal de dimensions requises.

La voie de réception principale 15 comprend des récepteurs photoélectriques 16 dont chacun est placé sur le socle immobile 35 du mécanisme à coordonnées de façon à faire suite aux trames périodiques 36 et 37, lesdits récepteurs photo-électriques 16 étant raccordés au bloc de mesure 20 Le bloc de mesure 20 se présente comme un

phasemètre couvrant une gamme de O à 2 1-i rd.

Il est à noter à ce propos que la sortie du récepteur photo-électrique 16 ' consécutif à la trame 36 comportant le plus petit nombre de périodes est raccordée à l'entrée de mesure 38 du phasemètre 20, la sortie du récepteur photo-électrique 16 " placée derrière la trame 37 comportant le plus grand nombre de périodes étant reliée

à l'entrée de référence 39 dudit phasemètre 20.

Dans ledit dispositif, le champ lumineux cohérent principal résulte des deux champs lumineux cohérents produits par le séparateur de faisceau 23, le convertisseur

optique 10 et, 'respectivement, par les trames 36 et 37.

La caractéristique optique du champ lumineux cohérent principal établissant une-correspondance biunivoque entre, d'une part, ses valeurs en un point dudit champ coïncidant avec le point choisi sur l'élément mobile 34 et, d'autre part, la coordonnée du point choisi, représente la différence de phase entre lesdits deux champs lumineux au point choisi Il faut remarquer que la valeur maximale de ladite différence de phase 2 T n'est atteinte que dans

l'une des positions extrêmès de l'élément mobile 34.

S'il y a identité de fréquences spatiales de la trame 36 et du séparateur de faisceau 23, le signal électrique i 1 (t) à la sortie du récepteur photo-électrique 16 ' placé derrière cette trame sera égal à: O i 1 (t) = iolI + cos( P-t +) ( 13) o io 1 est la valeur maximale du signal électrique; SI est la fréquence de modulation temporelle d'éclairement créée à l'aide du modulateur de fréquence optique 27; -1 est la période de la trame 36; xo est la coordonnée mesurée de l'élément

mobile 34 -

Le signal électrique i 2 (t) à la sortie de l'autre récepteur photoélectrique 16 " consécutif à la trame 37 sera: r x i 2 (t)-= io 2 Il 1 + cos(t + 2 ( 14) o X 2 est la période de la trame 37;

io 2 est la valeur maximale du signal électrique.

Les signaux électriques i 1 (t) et i 2 (t) sont appliqués respectivement aux entrées de mesure 38 et-de référence 39 d'un phasemètre 20 couvrant une gamme de O à 2 1 Y rd Le phasemètre 20 mesure la différence de phase L\ < 2 1 r entre lesdits signaux électriques, égale à:

AY 2)= 2 (X)= 2 2 ( 15)

A 2 O

La quantité 12= A A représente la période 1 2 de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux cohérent principal Comme,par définition, 1 = X

N 1

o X est la gamme de mesure de-la position de l'élément mobile 34, N 1 est le nombre de périodes de la trame 36 dans la gamme X et 2 X

N 1 + 1

la période 1 de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux cohérent principal sera:

A 1 ' A 2 = X ( 16)

A:, l-

De cette façon, en mesurant à l'aide du phasemètre la différence de phase t \ 2 ST entre les signaux

électriques des récepteurs photo-électriques 16 et connais-

sant la période de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux principal, égale à la gamme X de mesure de la position de l'élément mobile 34 on peut obtenir la position recherchée xo de l'élément mobile 34: x= 1 S (y 17) -Si la précision requise n'est pas satisfaite par la valeur trouvée xo O de la position de l'élément mobile 34,

selon le procédé proposé de détermination des coordonnées -

d'un point d'un objet il faut former au moins un champ lumineux cohérent supplémentaire à modulation spatiale et temporelle périodique d'éclairement A cet effet, il faut adjoindre à la partie émettrice dudit dispositif pour la détermination de la position de l'élément mobile 34 du mécanisme à coordonnées (figure 22) une première voie

optique de transmission supplémentaire, la partie récep-

trice 6 du dispositif étant complétée par une première voie de réception supplémentaire La première voie optique de transmission supplémentaire 11 utilise un laser 8, des

blocs de modulation temporelle 13 et spatiale 14 d'éclai-

rement, un convertisseur optique 10, une trame périodique 37 de la voie optique de transmission principale, et comporte une trame périodique 40 placée, comme la trame périodique 37,

sur l'élément mobile 34 du mécanisme à coordonnées, perpen-

diculairement à l'axe optique du laser 8, et orientée suivant le mouvement de l'élément mobile 34 La trame 40 est réalisée de façon que le nombre de ses périodes dans la gamme de mesure dépasse d'un nombre entier de périodes celui de la trame 37 La première voie de réception supplémentaire emploie le récepteur photo-électrique 16 "

de la voie de réception principale, placé derrière la -

trame périodique 37, et contient un récepteur photo-

électrique 19 ' installé, lui aussi, sur le socle immobile 35 derrière la trame périodique 40 La première voie de réception supplémentaire comporte, en plus du récepteur photo-électrique 19 ', un bloc de mesure 20 réalisé sous

forme d'un phasemètre couvrant une gamme de O à 2 '-IW rd.

La sortie du récepteur photo-électrique 16 " monté derrière la trame périodique 37 est raccordée également à l'entrée de mesure 38 dudit phasemètre 20, son entrée de référence 39 étant réunie à la sortie du récepteur photo-électrique 19 '

de la première voie de réception supplémentaire.

Dans ledit dispositif, le premier champ lumineux cohérent supplémentaire 31 est produit par deux champs lumineux cohérents formés par le séparateur de faisceau 23, le convertisseur optique 10 et, respectivementpar les

trames 37 et 40.

La modulation spatiale périodique d'éclairement du premier champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' (figure 7) s'obtient comme la différence de phase entre lesdits champs lumineux cohérents Cela se fait de la façon suivante. Le signal électrique i 8 (t) à la sortie du récepteur photoélectrique 19 ' placé derrière la trame périodique 40 est égal à i 3 (t) = i 30 1 + cos ( tt + A ( 18) o X 3 estla période de la trame 40; i 30 est la valeur maximale du signal électrique; x 1 est la valeur à préciser d'une coordonnée

de l'élément mobile 34.

La différence de phase totale \ t 2 entre le signal électrique i 3 (t) et le signal électrique i 2 (t) ( 14) sera:

X 1 X 1 à 2 ' A 3

2 = 2 ( _ 1) = 2 X 1 ( 19)

2 3 FA 2;'

La quantité 2 constitue la période de

2

2 3 modulation spatiale d'éclairement du premier champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' Etant donné que, par définition, X A 2 =

N 1 + 1

(N 1 + 1) étant le nombre de périodes de la trame 37 dans la gamme X et X X, o N 1 ++n 1 estle N 1 ++n 1 nombre de périodes de la trame 40 dans la gamme X, et N 1 est un nombre entier, la période A 2 de modulation spatiale périodique d'éclairement sera égale à:

A 2 = 2 _ =

X n 1 ( 20) Il s'ensuit que N 1 est le nombre de périodes de modulation spatiale d'éclairement du premier champ lumineux cohérent supplémentaire 3-' contenues dans la gamme X. De cette manière, la différence de phase totale 2 dans la position x 1 considérée de l'élément mobile 34 prend la forme: A.P 2 = 2 tx -A ( 21) D'autre part, la différence de phase totale A? 2 peut être exprimée sous la forme: A 2 '= 2 1 m 1 = f k 2 ( 22)

o m 1 est le nombre entier de périodes 2 1 t; -

42 est la partie fractionnaire de la période 211 Des expressions ( 21) et ( 22) il résulte: m+ 4 A 2 1 2 r X 1 A 1 ( 23) Il s'ensuit que m 1 représente un nombre entier de périodes de modulation spatiale d'éclairement du premier champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' contenu dans l'intervalle X 1, c'est-à-dire que m 1 + 1 est le numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement du premier champ lumineux cohérent supplémentaire 3 ' dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point choisi de l'élément mobile 34 Comme indiqué plus haut, ce numéro peut être trouvé, suivant l'invention, en utilisant les résultats

des mesures, d'après les formules ( 8) et ( 10).

La partie fractionnaire 2-r est mesurée à l'aide du phasemètre 20 de la première voie de réception supplémentaire 18 ' A cet effet, comme on l'a vu, le phasemètre 20 de la première voie de réception supplémentaire 18 ' reçoit à son entrée de référence 39 un signal électrique i 3 (t), et à son entrée

de mesure 38, un signal électrique i 2 (t).

Si la précision à atteindre n'est pas vérifiée par la valeur précisée x 1 de la position de l'élément mobile 34, il est nécessaire, selon l'invention, d'engendrer un deuxième champ lumineux cohérent supplémentaire 3 " (figure 7)

à modulation spatiale et temporelle périodique d'éclairement.

A cet effet, il faut adjoindre audit dispositif une deuxième voie optique de transmission supplémentaire et une deuxième voie de réception supplémentaire 18 " La deuxième voie optique de transmission supplémentaire utilise (figure 23) le laser 8, les blocs de modulation temporelle 13 et spatiale 14 d'éclairement, le convertisseur optique 10 de la voie optique de transmission principale 7, la trame périodique-40 de la première voie optique de transmission supplémentaire, et contient une trame périodique 41 placée, comme les trames périodiques 36, 37 et 40, sur ltélément mobile 34 du mécanisme à coordonnées, perpendiculairement à l'axe optique du laser 8, et orientée suivant le mouvement de l'élément mobile 34 La trame 41 est réalisée de façon que le nombre de ses périodes dans la gamme de mesure

dépasse d'un nombre entier celui de la trame 40.

La deuxième voie de réception supplémentaire 18 " emploie le récepteur photo-électrique 29 de la première voie de réception supplémentaire 18 ' et comporte un récepteur photo-électrique 19 " placé sur le socle immobile 35 du mécanisme à coordonnées derrière la trame périodique 41 et

le bloc de mesure 20 quiestun phasemètre couvrant une gamme.

de O à 2 r IJ rd La sortie du récepteur photo-électrique 19 ' de la première voie de réception supplémentaire 18 ' est reliée également à l'entrée de mesure 38 du phasemètre 20 -de la deuxième voie de réception supplémentaire, l'entrée de référence 39 dudit phasemètre étant raccordée à la sortie dudit récepteur photo-électrique 19 " de la deuxième

voie de réception supplémentaire 18 ".

Dans ledit dispositif, le deuxième champ lumineux cohérent supplémentaire se forme d'après le même principe que le premier champ lumineux cohérent supplémentaire, à l'aide de deux champs lumineux cohérents engendrés par le séparateur de faisceau 23, le convertisseur optique 10 et,

respectivement,les trames 40 et 41.

Le procédé selon l'invention de détermination

d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace-

permet, pour la première fois, d'obtenir les coordonnées des points d'un objet tant mobile qu'immobile par rapport aux systèmes optiques, avec une précision extrêmement élevée, -et cela dans une gamme de mesure étendue Ce procédé offre, d'autre part, la possibilité de construire une nouvelle classe de dispositifs de mesure à laser de haute précision en vue de déterminer la forme et la position d'un objet dans l'espace, y compris des dispositifs

capables de déterminer l'état d'un objet déformé en -

mouvement, Un autre avantage du procédé conforme à l'invention et du dispositif pour sa-mise en oeuvre est qu'ils permettent d'effectuer des mesures extensométriques de haute précision des caractéristiques des milieux gazeux

et liquides.

Claims (22)

R E V E N D I C A T I O N S

1. Procédé de détermination d'une coordonnée d'un point d'un objet dans l'espace, du type consistant à former dans la zone o se trouve l'objet un champ lumineux cohérent principal dont l'une des caracté- ristiques optiques permet d'établir une correspondance biunivoque entre sa valeur en un point dudit champ, coïncidant avec le point choisi de l'objetet la coordonnée dudit point choisi suivant au-moins l'un des axes de coordonnées; à mesurer la caractéristique optique en ce point du champ lumineux cohérent principal; à trouver à partir de la valeur mesurée la coordonnée du point choisi de l'objet suivant l'axé de mesure des coordonnées, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on forme autour de l'objet ( 1) au moins un champ lumineux-cohérent supplémentaire ( 3 ') ne donnant lieu à aucune interaction avec le champ principal et dont l'éclairement subit une modulation spatiale périodique; en ce que, parallèlement à la mesure de la caractéristique optique au point du champ lumineux cohérent principal ( 2) coïncidant avec le point choisi de l'objet ( 1), on définit la phase du champ lumineux cohérent supplémentaire ( 3 ') au même point dans la limite de 29 T rd; en ce qu'on trouve ensuite le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle se situe à l'instant de mesure le point

choisi de l'objet ( 1) comme la partie entière de la diffé-

rence entre, d'une part, le rapport de la coordonnée du

point choisi de l'objet ( 1), déterminée par la caractéris-

tique optique au point du champ lumineux cohérent principal ( 2) coincidant avec le point choisi de l'objet ( 1),à la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du

champ lumineux cohérent supplémentaire-( 3 '), et d'autre-

part, la phase dudit champ supplémentaire au même point, exprimée en fractions de la période de modulation spatiale périodique de son éclairement, et en ce que la coordonnée d'un point de l'objet ( 1) suivant l'axe de coordonnées s'obtient comme la somme des périodes de modulation spatiale d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire (Y'), dont le nombre de facteurs a une unité de moins que le numéro trouvé de la période de modulation spatiale d'éclairement, et de la phase mesurée, exprimée en fractions

de la période de modulation spatiale d'éclairement.

2 Procédé-selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire ( 3 ') est adoptée supérieure au double de l'erreur limitede mesure de la coordonnée au point choisi de l'objet ( 1) déterminée d'après-la caractéristique optique du-champ

lumineux cohérent principal ( 2).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en fonction de l'augmentation de la précision requise de mesure des coordonnées on forme un nombre de champs lumineux cohérents supplémentaires ( 3 ", 3 "',) qui sont indépendants du champ principal et l'un de l'autre et dont l'éclairement est soumis à une modulation spatiale périodique; en ce que, parmi ce nombrela période de modulation spatiale périodique d'éclairement de chaque champ cupplémentaire dépasse celle du champ supplémentaire suivant; et en ce que, parallèlement à la mesure de la caractéristique optique au point du champ lumineux cohérent principal ( 2) coïncidant avec le point choisi de l'objet ( 1), pour chaque champ lumineux cohérent successif audit point, on détermine la phase dans la limite de 2 ff rd; on trouve le numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement dans laquelle tombe à l'instant de mesure le point choisi de l'objet ( 1) comme -la partie entière de la différence entre le rapport de la coordonnée du point choisi de l'objet évaluée au numéro de la période de modulation spatiale périodique d'éclairement et à la phase, trouvée à l'aide du champ lumineux cohérent supplémentaire précédent, à la période de modulation spatiale périodique d'éclairement du champ lumineux cohérent supplémentaire, d'une part, et la phase dudit champ au même point exprimée en fraction de la période de modulation spatiale périodique de son éclairement, d'autre part, après quoi la coordonnée du point de l'objet ( 1) suivant l'axe de coordonnées est déterminée par la somme des périodes de modulation spatiale d'éclairement dudit champ lumineux cohérent supplémentaire dont le nombre de facteurs a une unité de moins que le numéro de la période de modulation spatiale d'éclairement et de la phase mesurée, exprimée en fraction de la période de modulation spatiale d'éclairement.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que le nombre de champs lumineux cohérents supplémen-

taires ( 3) à modulation spatiale périodique d'éclairement est déterminé avec une précision prescrite de mesure de la

coordonnée du point de l'objet ( 1) dans l'espace.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que la période de modulation spatiale périodique d'é-

clairement de chaque champ lumineux cohérent supplémentaire suivant est adoptée supérieure au double de l'erreur limite de mesure de la coordonnée du point de l'objet ( 1), commise dans la mesure du champ lumineux cohérent supplémentaire

précédent.

6. Dispositif mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, comportant une partie émettrice composée d'une voie optique de transmission principale servant à former dans la zone voisine de l'objet un champ lumineux cohérent principal et constituée par un laser, un bloc de prédéfinition de la caractéristique optique établissant une correspondance biunivoque entre les valeurs de celle-ci en un point dudit champ identifié au point choisi de l'objet et la coordonnée dudit point suivant la direction de la mesure, un convertisseur optique et une partie réceptrice constituée par une voie de réception principale composée d'un récepteur photo-électrique en conjugaison optique avec le point choisi de l'objet, d'un générateur de signal de référence et d'un bloc de mesure raccordé à un bloc de calcul des coordonnées du point choisi de l'objet, caractérisé en ce que la partie émettrice ( 5) comprend au moins une voie optique de transmission supplé- mentaire ( 11) constituée par un laser ( 12) comportant dans son axe optique un bloc de modulation temporelle périodique

d'éclairement ( 13), un bloc de modulation spatiale pério-

dique d'éclairement ( 14) et un convertisseur optique ( 10), la partie réceptrice ( 6) étant complétée par une voie de réception supplémentaire ( 18) comportant un récepteur photo-électrique ( 19) en conjugaison optique avec le point choisi de l'objet ( 1) et un bloc de mesure ( 20) raccordé

audit bloc de calcul des coordonnées ( 22).

7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre de voies de transmission ( 11) et de réception ( 18) supplémentaires est déterminé par la précision requise de la-détermination des coordonnées du

point choisi de l'objet ( 1).

8 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lorsqu'il s'agit de déterminer les coordonnées de plusieurs points de l'objet ( 1) dans l'espace, la partie réceptrice ( 6) du dispositif comporte pour chaque point de l'objet ( 1) une voie de réception

principale ( 15) et au moins une voie de réception supplé-

mentaire ( 18), le bloc de mesure de chacune desdites voies

étant raccordé au bloc de calcul des coordonnées ( 22).

9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie émettrice ( 5) du dispositif comporte un commutateur de voies optiques ( 28) placé à la sortie de toutes les voies optiques de transmission ( 7 et 11), que la partie réceptrice ( 6) comprend un récepteur photo-électrique ( 29) en conjugaison optique avec le point choisi de-l'objet ( 1) et un commutateur de voies de réception ( 30) qui a sa sortie raccordée à celle du récepteur photo-électrique ( 29) et à celle du générateur de signaux de référence t), sa sortie étant raccordée aux blocs de mesure ( 17) et ( 20), respectivement, des voies

de réception principale ( 15) et supplémentaire ( 18).

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsqu'il s'agit de déterminer les coordonnées de plusieurs points de l'objet ( 1) dans l'espace, la partie réceptrice ( 6) du dispositif comporte des récepteurs photo-électriques ( 29), un récepteur en conjugaison optique avec chaque point de l'objet ( 1), et un commutateur de récepteurs photoélectriques ( 31) qui a ses entrées raccordées aux sorties desdits récepteurs photo-électriques ( 29) et à la sortie du générateur de signaux de référence ( 21), et sa sortie, à l'entrée du commutateur de- voies de réception ( 30), les sorties du commutateur de voies de réception ( 30) étant raccordées aux blocs de mesure ( 17) et ( 20), respectivement, des

voies de réception principale ( 15) et supplémentaires ( 18).

11. Dispositif selon l'une des revendications 6,

7, 8, 9 et 10, caractérisé en ce que, dans la voie optique

de transmission principale ( 7), le bloc ( 9) de prédéfini-

tion de la caractéristique optique établissant une -

correspondance biunivoque entre les valeurs de celle-ci et la coordonnée d'un point de l'objet ( 1) comporte, disposés en série suivant l'axe optique du laser ( 8), un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement ( 13) et un bloc de modulation spatiale périodique d'éclairement ( 14), et en ce que les blocs de mesure ( 17) et ( 20) de la voie de réception principale ( 15) 'et de la voie de réception

supplémentaire ( 18) sont identiques.

12. Dispositif selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le bloc de mesure ( 20)-

de la voie de réception supplémentaire ( 18) est réalisé

sous forme d'un phasemètre couvrant une gamme de O à 21, rd.

13. Dispositif selon l'une des revendications 6

et 11, pour la détermination de la variation d'une coordonnée d'un point de l'objet ( 1) dans l'espace, caractérisé en ce que la partie émettrice ( 5) comporte une voie optique de transmission principale ( 7), que la partie réceptrice ( 6) comprend-une voie de réception principale ( 15) dotée d'une

trame périodique ( 32) placée devant le récepteur photo-

électrique ( 29), solidaire de celui-ci et orientée suivant la direction de mesure, que la période de la trame ( 32) est celle de la modulation spatiale d'éclairement du champ lumineuxcohérent principal ( 2), et que le bloc de mesure ( 20) de ladite voie est un phasemètre couvrant lagamme de O à-27 T N rd, (N = 1, 2, 3), raccordé au bloc de

calcul des coordonnées ( 22).

14 Dispositif selon l'une des revendications 8,-

11 et 13, caractérisé en ce que, lorsqu'il s'agit de déterminer la variation des coordonnées de plusieurs points de l'objet ( 1) dans l'espace, la partie réceptrice ( 6) du dispositif comporte, pour chaque point de l'objet ( 1), une voie de réception principale ( 15), dont le bloc de mesure ( 20) se présente comme un phasemètre couvrant une gamme de O à 21 N rd (N = 1, 2, 3) et raccordé au bloc de

calcul des coordonnées ( 22).

15. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bloc ( 14) de modulation spatiale périodique d'éclairement ( 14) est réalisé sous forme d'un

séparateur de faisceau ( 23).

16. Dispositif selon la revendication 6, pour la détermination de la position de l'élément mobile ( 34) d'un mécanisme à coordonnées, caractérisé en ce que la voie optique de transmission principale ( 7) comporte, placé sur un socle immobile ( 35) du mécanisme à coordonnées, un laser ( 8) suivant l'axe optique duquel sont disposés un bloc de modulation temporelle périodique d'éclairement, un convertisseur optique ( 10) et un bloc de modulation spatiale périodique d'éclairement ( 14) sous forme d'un séparateur de faisceaux( 23), et deux trames périodiques ( 36) et ( 37) à périodes différentes, installées sur l'élément mobile ( 34) perpendiculairement à l'axe optique du laser( 8) et orientées suivant le mouvement de l'élément mobile ( 34), et en ce que la voie de réception principale ( 15) comprend, montés sur le socle immobile ( 35) du mécanisme à coordonnées, des récepteurs photo-électriques ( 16 ') et ( 16 ") consécutifs chacun à l'une des trames périodiques ( 37) et ( 36) et raccordés au bloc de mesure ( 20) relié au bloc de calcul des coordonnées ( 22), le bloc de mesure ( 20) étant réalisé sous forme d'un phasemètre couvrant une gamme de-0 à 2 i Tr rd.

17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le nombre de périodes de l'une des trames dans la gamme de mesure de la position de l'élément mobile dépasse d'une unité le nombre de périodes de l'autre

trame dans la même gamme.

18. Dispositif selon la revendication 17 carac-

térisé en ce que la sortie du récepteur photo-électrique placé derrière la trame dont le nombre de périodes est le plus petit est raccordée à l'entrée de mesure d'un phasemètre, la sortie du récepteur photoélectrique placé derrière la trame dont le-nombre de périodes est le plus

grand étant reliée à l'entrée de référence du phasemètre.

19. Dispositif selon la revendication 16,; caractérisé en ce que la voie optique de transmission supplémentaire ( 11 ') comprend une trame périodique ( 40) montée sur l'élément mobile ( 34) du mécanisme à coordonnées-, perpendiculairement à l'axe optique du laser ( 8) de la voie principale ( 7), et orientée suivant le mouvement de l'élément mobile ( 34), en ce que dans la gamme de mesure, le nombre de périodes de cette trame ( 40) dépasse d'un nombre entier le nombre de périodes de chacune des trames ( 36) et ( 37) de la voie principale ( 7), en ce que la voie de réception supplémentaire ( 18 ') comporte un récepteur photo- électrique ( 19 ') installé sur le socle immobile ( 35) du mécanisme à coordonnées, derrière -la trame ( 40), et un bloc de mesure ( 20) sous forme d'un phasemètre couvrant une gamme de O à 2 Z rd et relié au bloc de calcul de coordonnées ( 22), et en ce que la sortie dudit récepteur photo-électrique ( 19 ') est raccordée à l'entrée de référence du phasemètre, l'entrée de mesure du phasemètre étant réunie à la sortie du récepteur photo-électrique ( 16 ") de la voie de réception principale, placé derrière la trame

dont le nombre de périodes est le plus grand.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que, dans la gamme de mesure, le nombre de périodes de la trame de chaque voie de transmission supplémentaire suivante dépasse celui de la trame de la voie optique de transmission supplémentaire précédente

d'un nombre entier.

21. Dispositif selon l'une des revendications 19

et 20, caractérisé en ce que lors de l'adjonction de chaque voie de réception supplémentaire, la sortie du récepteur photo-électrique de cette voie est raccordée elle aussi à l'entrée de référence du phasemètre de la voie de

réception supplémentaire précédente.

22. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l-e blo-c de modu 17 ati on temporelles périodique d'éclairement ( 13) est réalisé sous forme d'un modulateur de fréquence optique ( 27) servant à déplacer la fréquence du rayonnement laser et monté dans l'axe

optique du laser ( 8).