FR2536167A1 - Optoelectronic camera and method for recording, using this camera, the profile of a cross-section of a cavity, and installation for the implementation of the method - Google Patents
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Abstract
Description
Caméra optoélectronique, procédé de relèvement, 'à l'aide de cette caméra, du profil d'une section transversale d'une cavité, et installation pour la mise en oeuvre du procédé.Optoelectronic camera, method of raising, using this camera, the profile of a cross section of a cavity, and installation for implementing the method.
a présente invention concerne une caméra optoélectronique, un procédé de relèvement à l'aide de cette caméra, du profil dlune section transversale d'une cavité telle qu'un tunnel routier ou ferroviaire, un souterrain, un émissaire d'égoût, ou tout autre ouvrage creux similaire, et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. The present invention relates to an optoelectronic camera, a method of raising using this camera, the profile of a cross section of a cavity such as a road or rail tunnel, an underground, a sewer outfall, or any other similar hollow structure, and an installation for implementing this method.
Jusqu a présent, pour effectuer le relevé d'un profil déterminé par l'intersection d'un plan transversal avec l'enveloppe d'une cavité de plus ou moins grande dimension, telle qu'un tunnel ferroviaire par exemple, on procède de la manière suivante : à l'aide d'un rayon laser tournant qui engendre un plan dans sa rotation, on matérialise sur la paroi de la cavité une trace lumineuse qui correspond au profil d'une section de la cavité. Until now, to take a profile determined by the intersection of a transverse plane with the envelope of a more or less large cavity, such as a railway tunnel for example, we proceed from the as follows: using a rotating laser beam which generates a plane in its rotation, a light trace is produced on the wall of the cavity which corresponds to the profile of a section of the cavity.
Au moyen d'un appareil photographique (appareil photo ou caméra) placé à une distance convenable pour saisir l'ensemble du profil et réglé de telle sorte que le plan du profil et le plan du film soient parallèles on prend un cliché photographique du profil. By means of a photographic camera (camera or camera) placed at a suitable distance to capture the entire profile and adjusted so that the plane of the profile and the plane of the film are parallel, a photograph of the profile is taken.
Cette opération s'effectue dans l'obscurité pour que n'apparaissent sur le cliché que la trace lumineuse de la section.This is done in the dark so that only the light trace of the section appears on the picture.
Le rayon laser doit décrire un balayage supérieur ou égal à 3600 pendant le temps d'ouverture de l'obturateur de la caméra à la prise du cliché. On peut ainsi relever les divers profils des sections d'un ouvrage. Toutefois, les clichés ne peuvent etre exploités qu'auprès développement du film. The laser beam must describe a scan greater than or equal to 3600 during the opening time of the camera shutter when the photograph is taken. We can thus identify the various profiles of the sections of a structure. However, the photos can only be used after the film has been developed.
Pour exploiter ces clichés dans le cadre d'études informatisées il est nécessaire pour chaque cliché de relever dans un système d'axes de coordonnées rectangulaires la position de chaque point du profil dont les valeurs sont par exemple enregistrées sur bande magnetique avec les autres références relativas au profil concerné tels que numéro de repérage du profil, emplacement du profil dans l'ouvrage etc.. To use these images in the context of computerized studies, it is necessary for each image to record in a system of axes of rectangular coordinates the position of each point of the profile whose values are for example recorded on magnetic tape with the other relative references. to the relevant profile such as profile identification number, location of the profile in the structure, etc.
On comprend donc aisément que pour numériser ces profils cliché par cliché en vue de rendre les informations aptes à un traitement par ordinateur il faille procéder à des opérations en trois étapes (prise de vue, développement des clichés et mesure des valeurs, enregistrement des valeurs) qui ne peuvent se réaliser qu'au moins à deux endroits différents (cavité mesurée, laboratoire de développement du film, laboratoire de mesure et d'enregistrement des profils). It is therefore easy to understand that to digitize these profiles shot by shot in order to make the information suitable for processing by computer, it is necessary to carry out operations in three stages (shooting, development of shots and measurement of values, recording of values) which can only take place in at least two different places (measured cavity, film development laboratory, measurement and profile recording laboratory).
Cette manière de procéder, compliquée, nécessite par conséquent de nombreuses manipulations et demande beaucoup de temps. This complicated procedure therefore requires numerous manipulations and is very time consuming.
L'invention a pour but de remplacer la caméra photographique classique par une caméra optoélectronique permettant d'obtenir sur place, au moment du relevé du profil, l'enregistrement des coordonnées des points de chaque profil directement sur un support d'enregistrement tel qu'une bande magnétique susceptible d'être directement utilisé en combinaison avec un ordinateur. The object of the invention is to replace the conventional photographic camera with an optoelectronic camera making it possible to obtain on site, at the time of the profile survey, the recording of the coordinates of the points of each profile directly on a recording medium such as a magnetic strip capable of being used directly in combination with a computer.
L'invention a encore pour but de supprimer le support film photographique traditionnel et par voie de conséquence le développement du film et toutes les opérations intermédiaires entre la prise des clichés et l'exploitation des données par ordinateur. Another object of the invention is to do away with the traditional photographic film support and consequently the development of the film and all the intermediate operations between taking the pictures and using the data by computer.
Ces buts sont atteints grâce à une caméra optoélectronique comportant un objectif de haute performance optique as-surant la restitution, dans le plan ima ge de l'objectif, d'une image homothétique d'un objet avec une précision. élevée, caractérisée en ce qu'elle comprend un disque-de support monté sur un arbre mobile en rotation et centré sur l'axe optique de l'objectif, la face du disque située en regard de objectif étant. These aims are achieved by an optoelectronic camera comprising a high optical performance objective ensuring the restitution, in the image plane of the objective, of a homothetic image of an object with precision. high, characterized in that it comprises a support disc mounted on a rotating mobile shaft and centered on the optical axis of the objective, the face of the disc situated opposite the objective being.
disposée dans le plan image de l'objectif et équipe d'au moins une barrette photosensible comprenant une pluralité d'éléments photosensibles à transfert de charge, ladite barrette étant positionnée suivant un rayon du disque de support et étant associée à des circuits électroniques de traitement des signaux électriques en gendrés par les éléments photosensibles, de manière à permettre une transmission en série des signaux électriques émis par l'ensemble des éléments photosensibles; un dispositif de mesure de position angulaire associé audit arbre de rotation et capable d'émettre des signaux électriques représentatifs des positions angulaires successives de la barrette photo-sensible par rapport à un axe fixe de référence; un moteur électrique d'entraînement de l'arbre de rotation à une vitesse compatible avec le temps d'acquisition et de transmission des informations fournies par la barrette photosensible; et des moyens d'enregistrement, d'une part des signaux provenant des circuits électroniques associés à la barrette photosensible et d'autre part, des signaux provenant du dispositif de mesur.e de position angulaire, pour traiter de façon numérique etlou visualiser des informations correspondant à l'image balayée par ladite barrette photosensible au cours d'un mouvement de rotation de celuici autour de l'axe optique.arranged in the image plane of the objective and fitted with at least one photosensitive strip comprising a plurality of photosensitive charge transfer elements, said strip being positioned along a radius of the support disc and being associated with electronic processing circuits electrical signals in gendré by the photosensitive elements, so as to allow a series transmission of the electrical signals emitted by all the photosensitive elements; an angular position measuring device associated with said rotation shaft and capable of transmitting electrical signals representative of the successive angular positions of the photosensitive strip relative to a fixed reference axis; an electric motor driving the rotation shaft at a speed compatible with the time of acquisition and transmission of the information provided by the photosensitive strip; and recording means, on the one hand signals from the electronic circuits associated with the photosensitive strip and on the other hand, signals from the angular position measuring device, for digitally processing and / or viewing information corresponding to the image scanned by said photosensitive strip during a rotational movement of the latter around the optical axis.
Selon un mode particulier de réalisation, la face du disque support situee.en regard de l'objectif et disposée dans le plan image de l'objectif est équipée de plusieurs barrettes photosensibles positionnées suivant des rayons du disque support et décalées angulai rement les unes par rapport aux autres. According to a particular embodiment, the face of the support disc situated opposite the objective and arranged in the image plane of the objective is equipped with several photosensitive bars positioned along radii of the support disc and angularly offset one by the other. compared to others.
Le disque support de barrette peut être entraîné par le moteur électrique soit selon un mouvement de rotation continue dans un sens déterminé, soit selon un mouvement de rotation partielle, alternativement dans un sens et dans l'autre. The bar support disc can be driven by the electric motor either in a continuous rotation movement in a determined direction, or in a partial rotation movement, alternately in one direction and in the other.
Grâce à la mise en oeuvre d'un dispositif de connexion électrique constitué par exemple par un contact tournant multipistes coopérant avec des palpeurs maintenus en contact permanent avec les pistes conductrices circulaires, la continuité électrique des liaisons issues des connexions des circuits associés à la barrette photosensible est maintenue en permanence au cours de la rotation du disque support de barrette. Au cours de sa rotation, la barrette photosensible est ainsi en mesure de transmettre en permanence à un calculateur en langage codé le niveau d'eclairement de chaque élément photosensible constituant la barrette.Lorsqu'une image est créée dans le plan image de la caméra, la barrette photosensible peut balayer cette image au cours d'une rotation de 3600, ou, dans le cas d'une variante de réalisation, si plusieurs barrettes photosensibles sont positionnées suivant des rayonsdu disque support décalés angulairement, l'ensemble de l'image pourra etre balayée à l'aide de l'ensemble de barrettes au cours d'un mouvement de rotation partielle. Si la vitesse de rotation du disque support est adaptée au rythme de transmission des informations d'une barrette, il est possible de transmettre facilement ces informations à un ordinateur et de les mémoriser. Thanks to the implementation of an electrical connection device constituted for example by a multitrack rotary contact cooperating with feelers maintained in permanent contact with the circular conductive tracks, the electrical continuity of the connections originating from the connections of the circuits associated with the photosensitive strip is permanently maintained during the rotation of the array support disc. During its rotation, the photosensitive strip is thus able to permanently transmit to a computer in coded language the level of illumination of each photosensitive element constituting the strip. When an image is created in the image plane of the camera, the photosensitive strip can scan this image during a rotation of 3600, or, in the case of an alternative embodiment, if several photosensitive strips are positioned according to radii of the support disc angularly offset, the entire image may be swept using the set of bars during a partial rotational movement. If the speed of rotation of the support disc is adapted to the rate of transmission of information from a module, it is possible to easily transmit this information to a computer and store it.
Dans la mesure où la position angulaire d'une barrette photosensible dans le plan de rotation par rapport à une direction prise pour origine des angles est connue en permanence grâce au dispositif de mesure de position angulaire, il est possible d'enregis-. Insofar as the angular position of a photosensitive strip in the plane of rotation relative to a direction taken as the origin of the angles is permanently known thanks to the angular position measuring device, it is possible to record.
trer dans une mémoire ou sur un support et/ou de visualiser l'ensemble de l'image balayée au cours d'une rotation du disque support de la camera.trer in a memory or on a support and / or to visualize the whole of the scanned image during a rotation of the support disc of the camera.
L'invention a ainsi également pour objet un procédé de relèvement d'un objet éclairé et balayé par un rayon lumineux, tel qu'un rayon laser, et notamment du pourtour d'un profil d'une section transversale d'une cavité, à l'aide de la caméra susvisée, caractérisée en ce qu'on éclaire successivement et point par point à l'aide d'un rayon lumineux perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif de la caméra, et tournant autour dudit axe, le pourtour dudit profil d'une section transversale de la cavité; on place la caméra optoélec- tronique à une distance prédéterminée du plan défini par ledit rayon lumineux tournant en maintenant le rayon lumineux tournant éclairant le profil de la cavité et la rangée d'éléments photosensibles de la barrette photosensible dans des plans perpendiculaires à l'axe optique de la caméra; on fait tourner autour de l'axe optique le rayon lumineux éclairant et la barrette photosensible; on relève simultanément d'une part les informations fournies par la barrette photosensible et, d'autre part la position angulaire de cette barrette par rapport à une direction radiale prise comme origine; et, après avoir associé pour chaque position angulaire les informations correspondantes fournies par la barrette photosensible, on enregistre sur un support les valeurs mesurées etlou on les visualise sur un écran
Selon un mode particulier de réalisation, on fait tourner le rayon lumineux éclairant et la barrette photosensible rigoureusement à la même vitesse angulaire et en opposition de phase de façon que l'image de la trace lumineuse ponctuelle du rayon sur la paroi de la cavité à étudier soit constamment reçue sur la barrette photosensible. The invention therefore also relates to a method of raising an object lit and scanned by a light beam, such as a laser beam, and in particular around the profile of a cross section of a cavity, with using the aforementioned camera, characterized in that one successively and point by point with the aid of a light ray perpendicular to the optical axis of the camera lens, and rotating around said axis, the periphery of said profile of a cross section of the cavity; the optoelectronic camera is placed at a predetermined distance from the plane defined by said rotating light ray while maintaining the rotating light ray illuminating the profile of the cavity and the row of photosensitive elements of the photosensitive strip in planes perpendicular to the axis camera optics; the illuminating ray of light and the photosensitive strip are rotated around the optical axis; there is simultaneously on the one hand the information provided by the photosensitive strip and, on the other hand the angular position of this strip with respect to a radial direction taken as the origin; and, after having associated for each angular position the corresponding information provided by the photosensitive strip, the measured values are recorded on a medium and / or displayed on a screen
According to a particular embodiment, the light ray illuminating and the photosensitive strip are rotated strictly at the same angular speed and in phase opposition so that the image of the point light trace of the ray on the wall of the cavity to be studied is constantly received on the photosensitive strip.
Selon un autre mode de réalisation, on fait tourner le rayon lumineux éclairant et la barrette photosensible à des vitesses angulaires différentes permettant un relevé de points par effet stroboscopique. According to another embodiment, the illuminating light ray and the photosensitive strip are rotated at different angular speeds allowing a reading of points by stroboscopic effect.
Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de maintenir un synchronisme entre la rotation du rayon lumineux et celle de la barrette photosensible puisque des vitesses de rotation différentes permettent d'utiliser l'effet stroboscopique. In this case, it is no longer necessary to maintain a synchronism between the rotation of the light ray and that of the photosensitive strip since different rotation speeds allow the stroboscopic effect to be used.
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé susvisé qui est caractérisée en ce qu'elle comprend-un dispositif d'émission d'un rayon lumineux, tel qu'un rayon laser, monté sur un premier bâti, équipé d'un miroir incliné à 450 par rapport à l'axe du rayon lumineux sortant du dispositif d'emission, et d'un moteur électrique d'entraînement en rotation du miroir autour de l'axe du rayon lumineux sortant; et une caméra optoélectronique montée sur un second support et dont l'axe-optique peut être mis en coincidence avec l'axe du rayon lumineux sortant du dispositif d'émission. The invention also relates to an installation for the implementation of the abovementioned method which is characterized in that it comprises a device for emitting a light beam, such as a laser beam, mounted on a first frame, equipped a mirror inclined at 450 relative to the axis of the light ray leaving the emission device, and an electric motor for driving the mirror in rotation about the axis of the light ray leaving; and an optoelectronic camera mounted on a second support and the optical axis of which can be placed in coincidence with the axis of the light ray exiting from the emission device.
Avantageusement, les miroir associé au dispositif d'émission d'un rayon lumineux est monté de fa çon amovible sur ledit dispositif, et la caméra est équi pée d'un miroir plan amovible susceptible d'etre monté devant ou à la place de l'objectif de la caméra optoélectronique, perpendiculairement à l'axe optique de l'objectif afin de permettre un alignement de l'axe optique de la caméra avec le rayon lumineux sortant du dispositif d'émission. Advantageously, the mirror associated with the device for emitting a light beam is removably mounted on said device, and the camera is equipped with a removable plane mirror capable of being mounted in front of or in place of the lens of the optoelectronic camera, perpendicular to the optical axis of the objective in order to allow an alignment of the optical axis of the camera with the light ray leaving the emission device.
Selon une caractéristique particulière, l'installation comprend en outre des moyens de synchro- nisation de l'entraînement des moteurs,du miroir et de la barrette photosensible de façon que les moteurs tournent à la même vitesse angulaire. According to a particular characteristic, the installation further comprises means for synchronizing the drive of the motors, of the mirror and of the photosensitive strip so that the motors rotate at the same angular speed.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui fait suite de modes particuliers de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel
- la figure 1 est une vue latérale schema- tique en élévation de l'ensemble de l'installation de relèvement d'un profil transversal d'une cavité,
- la figure 2 est une vue latérale schématique en élévation du dispositif d'émission d'un rayon lumineux avec son miroir tournant, avec coupe partielle,
- la figure 3 est une c o u p e verticale axiale à travers la caméra optoélectronique,
- la figure 4 est une vue schématique d'une coupe verticale illustrant certaines relations géométriques entre le rayon lumineux dévié par le miroir et la position de la barrette d'éléments photosensibles,
- la figure 5 est une vue schématique des données géometriques relevées par la caméra pour déterminer la position d'un point du profil relevé,
- la figure 6 est une vue schématique montrant les relations d'asservissement entre le dispositif d'émission d'un rayon lumineux et la caméra optoélectronique,
- la figure 7 représente le schéma simplifié d'un exemple de circuits associés à une barrette photosensible, et
- la figure 8 représente une variante de réalisation des éléments photosensibles de la caméra optoélectronique .selon l'invention.Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows of particular embodiments of the invention, with reference to the appended drawing, in which
FIG. 1 is a schematic side view in elevation of the entire installation for raising a transverse profile of a cavity,
FIG. 2 is a schematic side view in elevation of the device for emitting a light ray with its rotating mirror, with partial section,
FIG. 3 is an axial vertical section through the optoelectronic camera,
FIG. 4 is a schematic view of a vertical section illustrating certain geometric relationships between the light ray deflected by the mirror and the position of the array of photosensitive elements,
FIG. 5 is a schematic view of the geometrical data recorded by the camera to determine the position of a point of the profile raised,
FIG. 6 is a schematic view showing the control relationships between the device for emitting a light beam and the optoelectronic camera,
FIG. 7 represents the simplified diagram of an example of circuits associated with a photosensitive strip, and
- Figure 8 shows an alternative embodiment of the photosensitive elements of the optoelectronic camera. according to the invention.
L'installation de relèvement d'un profil transversal P d'une cavité 1, telle qu'un tunnel, comprend essentiellement, sur un support horizontal réglable 2, monté par exemple sur un trépied 118 réglable en inclinaison et en hauteur, un dispositif 10 d'émission d'un rayon lumineux comprenant une source de rayonne- ment laser 3 et un miroir tournant 4 muni d'un moteur d'entralnement 5 (figure 2) et prévu àla sortie du dispositif laser 3, et susceptible de dévier un rayon laser sortant horizontalement dudit dispositif laser 3 de 900 par rapport audit rayon sortant et à l'axe horizontal du dispositif laser 3.Le rayon laser 7 dévié ou réfléchi par le miroir 4 balaye une section transversale dont le plan est de préférence vertical et en tout cas perpendiculaire à l'axe longitudinal du dispositif laser 3, axe coincidant avec celui du rayon sortant 6. A l'intersee- tion entre le plan transversal et la paroi latérale de la cavité 1 on obtient le profil P à relever. Pour enregistrer ce profil P, on se sert du rayon laser réfléchi ou éclairant 7 qui est renvoyé par le miroir 4 à 900 par rapport au rayon sortant 6, le miroir plan 4 étant lui-même incliné de 45" par rapport audit rayon sortant 6.Le miroir 4 est monté dans une douille amovible 8 susceptible- d'être rendue solidaire d'un cylindre rotatif monté sur des paliers 12, 13 et présentant une ouverture centrale traversée par le rayon sortant 6, le cylindre rotatif 9 étant entraîné en rotation à'I'aide d'une transmission 14 à partir d'un moteur à vitesses réglables 5 monté, comme les paliers 12, 13 sur le support 2. The installation for raising a transverse profile P of a cavity 1, such as a tunnel, essentially comprises, on an adjustable horizontal support 2, mounted for example on a tripod 118 adjustable in inclination and in height, a device 10 emission of a light ray comprising a source of laser radiation 3 and a rotating mirror 4 provided with a drive motor 5 (FIG. 2) and provided at the outlet of the laser device 3, and capable of deflecting a ray laser coming out horizontally from said laser device 3 of 900 with respect to said outgoing ray and to the horizontal axis of the laser device 3. The laser beam 7 deflected or reflected by the mirror 4 scans a cross section whose plane is preferably vertical and in all case perpendicular to the longitudinal axis of the laser device 3, axis coinciding with that of the outgoing ray 6. At the intersection between the transverse plane and the side wall of the cavity 1, the profile P is obtained. To record this profile P, we use the reflected or illuminating laser beam 7 which is returned by the mirror 4 to 900 with respect to the outgoing ray 6, the plane mirror 4 being itself inclined by 45 "with respect to said outgoing ray 6 .The mirror 4 is mounted in a removable socket 8 capable of being made integral with a rotary cylinder mounted on bearings 12, 13 and having a central opening traversed by the outgoing radius 6, the rotary cylinder 9 being driven in rotation using a transmission 14 from an adjustable speed motor 5 mounted, like the bearings 12, 13 on the support 2.
Il se comprend-de soi-même que- lorsque le miroir 4 tourne, le rayon laser réfléchi 7 tourne également autour de l'axe horizontal du dispositif laser 3 et autour du rayon laser sortant 6 et balaye ainsi successivement dans le plan perpendiculaire tous les points
A,B,C,D du profil P de la section transversale comportant le point d'impact du rayon laser
La caméra optoélectronique 20 qui, en combinaison avec l'ensemble 10 du dispositif d'émission laser, constitue une installation permettant le relèvement du profil déterminé par l'intersection d'un plan transversal avec l'enveloppe d'une cavité 1, sera décrite essentiellement en référence à la figure 3.It is self-evident that when the mirror 4 rotates, the reflected laser beam 7 also rotates around the horizontal axis of the laser device 3 and around the outgoing laser beam 6 and thus scans successively in the perpendicular plane every points
A, B, C, D of profile P of the cross section including the point of impact of the laser beam
The optoelectronic camera 20 which, in combination with the assembly 10 of the laser emission device, constitutes an installation allowing the raising of the profile determined by the intersection of a transverse plane with the envelope of a cavity 1, will be described essentially with reference to Figure 3.
La camera 20 comprend -un objectif 21 de haute performance optique capable d'assurer la restitution d'une image homothétique d'un objet avec une grande précision. L'objectif 21 est monté de façon amovible à l'aide d'une bague 22 sur la partie avant du carter 23 de la caméra 20. The camera 20 comprises a lens 21 of high optical performance capable of ensuring the reproduction of a homothetic image of an object with great precision. The objective 21 is removably mounted using a ring 22 on the front part of the housing 23 of the camera 20.
Un disque tournant 24 est monté à l'extré- mité avant d'un arbre 33 dont l'axe coïncide avec l'axe optique de l'objectif 21 et qui est monté à l'aide de paliers 34,35 à l'intérieur du carter 23. La face avant du disque 24 constitue le plan image de l'objectif 21 et porte au moins une barrette photosensible 25 orientée suivant un rayon du disque 24. A rotating disc 24 is mounted at the front end of a shaft 33 whose axis coincides with the optical axis of the objective 21 and which is mounted using bearings 34,35 inside of the casing 23. The front face of the disc 24 constitutes the image plane of the objective 21 and carries at least one photosensitive strip 25 oriented along a radius of the disc 24.
La barrette photosensible 25 est constituée par une rangée d'éléments photosensibles 125 à transfert de charge régulièrement 'répartis et associés à des circuits électroniques 100 capables de fournir en sortie des signa-ux en série représentatifs de l'éclaire- ment de chacun- des éléments photosensibles. A titre d'exemple, la barrette photosensible 25 peut être cons tituée par la barrette TH 7801 commercialisée par la
Société Thomson-CSF, et dont le schéma simplifié est représenté sur la figure 7.The photosensitive strip 25 is constituted by a row of photosensitive elements 125 with regularly distributed charge transfer and associated with electronic circuits 100 capable of outputting signals in series representative of the illumination of each of the photosensitive elements. By way of example, the photosensitive strip 25 can be constituted by the TH 7801 strip sold by the
Thomson-CSF, and whose simplified diagram is shown in Figure 7.
Une telle barrette, qui comprend une ligne de 1728 éléments photosensibles et présente une résolution importante peut fonctionner avec deux phases externes P 109 et T 110 t fournit sur la sortie Vout des circuits associés un signal vidéo analogique continu représentant l'ensemble de la ligne de 1728 points et qui peut être facilement numérisé. Des registres de lecture impair 101 et pair 102 sont associés à la partie photosensible 105 de la barrette composée des éléments 125. La détection de la lumière est effectuée en chaque point 125 par une photodiode couplée à une capacité MOS assurant le stockage des photoélectrons créés par l'éclairemetn et qui seront prélevés par les registres de lecture 101,102.Deux registres latéraux 103, 104, à décalage analogique à transfert de charges, assurent respectivement la lecture en série des éléments pairs et impairs. Un circuit logique de commande 107 et une diode 106 de conversion charge-tension sont associés aux registres 101 à 104. Grâce au fonctionnement monophasé des registres de lecture et à la présence du circuit logique 107 au voisinage des éléments 125 de la barrette photosensible 25, de-ux phases externes de commande sont suffrisantes, à savoir la phase P qui transfère en parallèle les charges des photoéléments 125 vers les registres de lecture 101, 102 et la phase 0 T qui transfère en série les charges vers la diode 106 de conversion charge-tension.Le circuit logique 107 génère en outre les signaux nécessaires pour multiplexer les charges issues de chacun des registres et remettre à niveau la diode de lecture commune 106 entre l'arrivée de chaque paquet de charges. Le circuit 108 d'échantillonnage et maintien permet la fourniture sur la sortie 111, d'un signal vidéo représentatif de l'ensemble de la rangée d'éléments 125 de la barrette photosensible 25. Such a bar, which includes a line of 1728 photosensitive elements and has a high resolution, can operate with two external phases P 109 and T 110 t provides on the output Vout of the associated circuits a continuous analog video signal representing the entire line of 1728 points and which can be easily scanned. Odd 101 and even 102 reading registers are associated with the photosensitive part 105 of the strip made up of the elements 125. The light is detected at each point 125 by a photodiode coupled to a MOS capacity ensuring the storage of the photoelectrons created by the lighting and which will be taken up by the reading registers 101, 102. Two lateral registers 103, 104, with analog shift with charge transfer, ensure respectively the reading in series of the even and odd elements. A logic control circuit 107 and a charge-voltage conversion diode 106 are associated with the registers 101 to 104. Thanks to the single-phase operation of the read registers and the presence of the logic circuit 107 in the vicinity of the elements 125 of the photosensitive strip 25, two external control phases are sufficient, namely phase P which transfers the charges from the photoelements 125 in parallel to the read registers 101, 102 and phase 0 T which transfers the charges in series to the charge conversion diode 106 The logic circuit 107 also generates the signals necessary to multiplex the charges from each of the registers and to upgrade the common reading diode 106 between the arrival of each packet of charges. The sampling and holding circuit 108 allows the supply to the output 111 of a video signal representative of the entire row of elements 125 of the photosensitive strip 25.
Les liaisons électriques entre les connexions 26 (figure 3) du circuit 100 associé à la barrette 25 et un dispositif de traitement 30 sont réalisées par l'intermédiaire d'un dispositif de connexion comprenant un disque fixe 27 évidé en son centre pour ménager un passage pour l'arbre 33 du disque 24 support de barrette, et muni, sur sa face tournée vers le disque 24, d'une pluralité de pistes conductrices concentriques 28 sur lesquelles viennent frotter des palpeurs 126 solidaires des connexions 26 tournant avec le disque support 24. The electrical connections between the connections 26 (FIG. 3) of the circuit 100 associated with the bar 25 and a processing device 30 are made by means of a connection device comprising a fixed disc 27 hollowed out at its center to provide a passage for the shaft 33 of the disk 24 array support, and provided, on its face facing the disk 24, with a plurality of concentric conductive tracks 28 on which feelers 126 rub against the connections 26 rotating with the support disk 24 .
Les pistes 28 sont reliées par un câble 28 aux organes 30 de commande- et de traitement des informations fournies par la barrette photosensible 25. Selon une variante de réalisation, les pistes 28 peuvent toutefois être réalisées sur la face arrière du disque tournant 24 et reliées chacune à une connexion 26 tandis que les palpeurs 126 sont montés sur le disque fixe 27 et reliés par le câble 29 aux circuits 30 de commande.The tracks 28 are connected by a cable 28 to the organs 30 for controlling and processing the information supplied by the photosensitive strip 25. According to an alternative embodiment, the tracks 28 can however be produced on the rear face of the rotating disc 24 and connected each to a connection 26 while the feelers 126 are mounted on the fixed disc 27 and connected by the cable 29 to the control circuits 30.
De même, dans le cas notamment où le disque support 24 porteur d'une ou plusieurs barrettes photosensibles 25 est prévu pour présenter des mouvements d'oscillation correspondant a une rotation partielle, et non des mouvements de rotation complète, le dispositif de connexion peut être réalisé différemment et ne comporter par exemple que des conducteurs Souples. Likewise, in the case in particular where the support disc 24 carrying one or more photosensitive bars 25 is provided to present oscillating movements corresponding to a partial rotation, and not complete rotation movements, the connection device can be produced differently and only include flexible conductors, for example.
Le codeur optique angulaire 40 visible sur la figure 3 comprend une partie mobile 41 solidaire d'un arbre 36 monté sur des paliers 37, 38, coaxial à l'arbre 33 et entraîné par ceiui-ci à la même vitesse angulaire, et une partie fixe 42 entourant la partie mobile 41. La partie périphérique du tambour mobile 41 est munie de repères qui sont détectés par la partie fixe 42 située en regard, et permettent l'émission sur la ligne 39 d'une information angulaire correspondant à chaque position de la barrette 25 dans son plan de rotation. Les informations de position angulaire par rapport à une direction fixe sont transmises au dispositif de traitement 30 pour être mises en correspondance avec les informations fournies par la barrette 25. The optical angular encoder 40 visible in FIG. 3 comprises a movable part 41 integral with a shaft 36 mounted on bearings 37, 38, coaxial with the shaft 33 and driven by this at the same angular speed, and a part fixed 42 surrounding the mobile part 41. The peripheral part of the mobile drum 41 is provided with markers which are detected by the fixed part 42 located opposite, and allow the emission on line 39 of angular information corresponding to each position of the bar 25 in its plane of rotation. The angular position information with respect to a fixed direction is transmitted to the processing device 30 to be matched with the information provided by the bar 25.
La caméra optoélectronique 20 telle que decrite ci-dessus permet, en combinaison avec le dispositif 10 d'émission de lumière, d'effectuer facilement le relevé du profil d'une section de cavité en coordonnées polaires, avec une précision importante. The optoelectronic camera 20 as described above makes it possible, in combination with the light emitting device 10, to easily take the profile of a cavity section in polar coordinates, with high precision.
En effet, si l'on place la caméra 20 de telle sorte que l'axe optique de l'objectif 21 soit perpendiculaire au plan de la section relevée décrite par le rayon réfléchi 7 du dispositif d'émission laser 10, on peut obtenir une image homothétique du profil P de la section de cavité 1 engendrée par le rayon tournant 7, ou au moins de certains points A de ce profil P, lorsque le rayon lumineux 17 réfléchi par la paroi de la cavité 1 vient frapper en A' la barrette photosensible 24 placé-e dans le plan image de l'objectif 21, en opposition de 1800 avec la direction du rayon lumineux 7 dirigé vers la paroi 1. Le point A' constitue ainsi l'image de la tache lumineuse A formée sur la paroi, et la position angulaire du point ' (angle Oc de la fig 5) peut être repérée à I'aide des informations fournies par le codeur angulaire 40.La distance O'A' (figure 4) peut être déterminée facilement à partir des informations fournies par la barrette 25 et, dans la mesure où.la distance L entre l'objectif 21 et le plan de la section mesurée est connue, la distance OA de la tache lumineuse formee sur la paroi 1 par rapport à l'axe optique peut être facilement calculée à partir de la rela.tion suivante OA = O'A' (1) ou K est le coefficient de réduction de K l'objectif 21 pour la distance L entre l'objectif 21 et le plan de la section mesurée. Indeed, if the camera 20 is placed so that the optical axis of the objective 21 is perpendicular to the plane of the raised section described by the reflected ray 7 of the laser emission device 10, it is possible to obtain a homothetic image of the profile P of the section of cavity 1 generated by the rotating ray 7, or at least of certain points A of this profile P, when the light ray 17 reflected by the wall of the cavity 1 strikes at A 'the bar photosensitive 24 placed in the image plane of the objective 21, in opposition from 1800 with the direction of the light ray 7 directed towards the wall 1. The point A 'thus constitutes the image of the light spot A formed on the wall , and the angular position of the point '(angle Oc in fig 5) can be identified using the information provided by the angular encoder 40. The distance O'A' (figure 4) can be easily determined from the information supplied by the bar 25 and, insofar as the distance L between the objective 21 and the plane of the measured section is known, the distance OA of the light spot formed on the wall 1 relative to the optical axis can be easily calculated from the following relationship OA = O'A '(1) where K is the reduction coefficient of K the objective 21 for the distance L between the objective 21 and the plane of the measured section.
Dans la mesure où le rayon lumineux 17 réfléchi vers l'objectif 21 est suivi dans sa rotation par le disque 24 de telle sorte que l'image de la trace lumineuse ponctuelle du rayon 7 sur la paroi soit constamment reçue sur la barrette photosensible 25, et à condition que l'axe optique de l'objectif 21 reste perpendiculaire au plan engendré par le rayon lumineux 7 renvoyé par le miroir 4 vers la paroi 1, on peut obtenir une image homothétique totale du profil d'une section de cavité engendrée par le rayon lumineux tournant 7, à partir des informations fournies par la barrette 25 et le codeur angulaire 40. Insofar as the light ray 17 reflected towards the objective 21 is followed in its rotation by the disc 24 so that the image of the point light trace of the ray 7 on the wall is constantly received on the photosensitive strip 25, and provided that the optical axis of the objective 21 remains perpendicular to the plane generated by the light ray 7 returned by the mirror 4 towards the wall 1, it is possible to obtain a total homothetic image of the profile of a section of cavity generated by the rotating light ray 7, from information provided by the bar 25 and the angular encoder 40.
La condition selon laquelle le rayon lunineux 7 et la barrette photosensible 25 tournent à la même vitesse angulaire et sont en opposition de phase peut être obtenue par la synchronisation du moteur 32 d'entrainement du disque 24 et du moteur 5 d'entraînement du miroir 4. Pour cela', chaque moteur 5, 32 peut être equi pé d'une roue phonique telle que 15, 40 délivrant un signal proportionnel à la vitesse de rotation. The condition that the lunar ray 7 and the photosensitive strip 25 rotate at the same angular speed and are in phase opposition can be obtained by the synchronization of the motor 32 for driving the disc 24 and the motor 5 for driving the mirror 4 For this, each motor 5, 32 can be equipped with a tone wheel such as 15, 40 delivering a signal proportional to the speed of rotation.
La comparaison à l'aide du comparateur 51 du signal représentant la vitesse de rotation du moteur 32 de la caméra 20 et du signal représentant la vitesse de rotation du moteur 5 du miroir 4 permet de corriger la vitesse du moteur 32 de la camér-a par l'intermédiaire de l'amplificateur de puissance 52 de telle sorte que l'écart soit voisin de zéro (figure 6). Il est naturellement possible d'utiliser d'autres types de compteurs de vitesse de rotation dans la mesure où la précision reste superieure au déphasage accepté par le système. The comparison using the comparator 51 of the signal representing the speed of rotation of the motor 32 of the camera 20 and the signal representing the speed of rotation of the motor 5 of the mirror 4 makes it possible to correct the speed of the motor 32 of the camera-a through the power amplifier 52 so that the difference is close to zero (Figure 6). It is of course possible to use other types of speed counter as long as the accuracy remains greater than the phase shift accepted by the system.
Au cours d'une rotation du rayon lumineux -7, la distance OA varie suivant la distance de la paroi 1 à l'axe optique de l'objectif 21 et de même l'image
A' se déplace sur la barrette 25, mais pour chaque position angulaire, l'égalité de la relation (1) reste verifiée. Le pas des photoéléments 125 étant connu, et la position de chaque photoélément 125 excité pouvant être repérée et mémorisée à partir des informations fournies par la barrette 25, la distance O'A' peut être connue pour chaque position du capteur angulaire 40, et numérisée dans les circuits de traitement 30.During a rotation of the light ray -7, the distance OA varies according to the distance from the wall 1 to the optical axis of the objective 21 and likewise the image
A 'moves on the bar 25, but for each angular position, the equality of the relation (1) remains verified. The pitch of the photoelements 125 being known, and the position of each excited photoelement 125 being able to be identified and memorized from the information provided by the bar 25, the distance O'A ′ can be known for each position of the angular sensor 40, and digitized in the processing circuits 30.
Le relevé peut s'effectuer en suivant la courbe de la section point par point, et en enregistrant sur bande magnétique, la suite ordonnée des coordonnées numériques de chaque point suivant un pas de mesure choisi. The reading can be carried out by following the curve of the section point by point, and by recording on magnetic tape, the ordered sequence of the numerical coordinates of each point according to a chosen measurement step.
La section peut être visualisée pendant le relevé, sur contrôle optique, ou dessinée sur table traçante à l'échelle choisie à partir de la bande magnétique. The section can be viewed during the survey, on optical control, or drawn on a plotter on the chosen scale from the magnetic strip.
Le positionnement précis du dispositif 10 d'émission laser et de la caméra 20 de façon que l'axe optique de l'objectif 21 soit perpendiculaire au plan de la section à relever peut être réalisé de la manière suivante
Le miroir amovible 4 du dispositif d'émission laser 10 est ôté et un miroir plan 43 est substitué à l'objectif amovible 21 de la caméra 20, ou placé devant celui-ci (figure 1). The precise positioning of the laser emission device 10 and of the camera 20 so that the optical axis of the objective 21 is perpendicular to the plane of the section to be surveyed can be achieved in the following manner
The removable mirror 4 of the laser emission device 10 is removed and a plane mirror 43 is substituted for the removable lens 21 of the camera 20, or placed in front of it (FIG. 1).
La caméra 20 est placée sur un support topographique 44 à une distance permettant la prise de vue de la section, et de telle sorte que le rayon incident 6 du laser 3 vienne frapper le miroir plan circulaire 43 placé orthogonalement à l'axe optique de l'objectif 21. The camera 20 is placed on a topographic support 44 at a distance allowing the section to be taken, and so that the incident ray 6 of the laser 3 strikes the circular plane mirror 43 placed orthogonally to the optical axis of the goal 21.
Le règlage de la position de la caméra 20 est obtenu par la manoeuvre de vis de règlage assurant le pivotement et le règlage de la caméra sur une rotule en ramenant le rayon laser réfléchi 16 sur'le centre du miroir tout en faisant coincider le rayon réfléchi 16 avec le rayon incident 6. The adjustment of the position of the camera 20 is obtained by the operation of adjustment screws ensuring the pivoting and the adjustment of the camera on a ball joint by bringing the reflected laser beam 16 back to the center of the mirror while making the reflected beam coincide 16 with incident ray 6.
On obtient ainsi la superposition de l'axe optique, du rayon laser incident 6 et du rayon laser réfléchi 16, de même que le parallèlisme du plan de la section décrite par le laser et du plan décrit par la barrette photosensible 25. This gives the superposition of the optical axis, the incident laser beam 6 and the reflected laser beam 16, as well as the parallelism of the plane of the section described by the laser and the plane described by the photosensitive strip 25.
Auparavant, le plan de rotation du dispositif 10 d'émission laser a naturellement déjà été superposé au plan de la section à relever en passant par trois points de cette section A,B,C (figure 1). Ceci peut être réalisé facilement dans la mesure où la poutre support 2 du générateur laser 3 et du support 9 du miroir tournant 4 est monté sur un pied de topographie 16 à plateau réglable. Une fois effectués le positionnement du dispositif 10 d'émission,puis celui de la caméra de la manière indiquée ci-dessus, le miroir 4 est remonté sur son cylindre support 9 et le miroir 43 est ôté de la caméra, de sorte que l'installation est prête à fonctionner et à fournir directement des 'informations pouvant être enregistrées et traitées par ordinateur pour permettre de reconstituer le profil de la section de cavité analysée. Previously, the plane of rotation of the laser emission device 10 has naturally already been superimposed on the plane of the section to be raised passing through three points of this section A, B, C (FIG. 1). This can be achieved easily insofar as the support beam 2 of the laser generator 3 and of the support 9 of the rotating mirror 4 is mounted on a topography foot 16 with adjustable platform. Once the positioning of the emission device 10, then that of the camera has been carried out in the manner indicated above, the mirror 4 is reassembled on its support cylinder 9 and the mirror 43 is removed from the camera, so that the installation is ready to operate and to directly supply information which can be recorded and processed by computer to enable the profile of the section of cavity analyzed to be reconstructed.
Dans un mode particulier de réalisation possible, les supports 18 et 44 du dispositif d'émission laser 10 et de la caméra 20 peuvent être reliés entre eux et être constitués par exemple par un chariot supportant des plateaux coulissants sur lesquels sont montes respectivement le dispositif d'émission laser 10 et la caméra 20. Dans ce cas, le réglage de l'orthogonalité du plan du rayon lumineux tournant 7 par rapport à l'axe o-ptique de l'objectif 21 de la caméra peut être effectué de façon précise lors du montage, seule la distance
L entre le plan défini par le rayon lumineux tournant 7 et l'objectif 21 restant à ajuster.Selon un mode de réalisation envisageable, ladite distance L peut aussi être prédéterminée lors du montage, et l'orientation du dispositif d'émission laser 10 par rapport la caméra 20 peut également être ajustée lors du montage sur un support commun pour répondre aux conditions indiquees plus haut, de sorte qu'à chaque relevé d'un profil, seul l'ajustement, par rapport à la paroi- de la cavité 1, de la position du plan défini par le rayon tournant 7 reste effectuer.In a particular possible embodiment, the supports 18 and 44 of the laser emission device 10 and of the camera 20 can be connected to each other and be constituted for example by a carriage supporting sliding plates on which the device d respectively laser emission 10 and the camera 20. In this case, the adjustment of the orthogonality of the plane of the rotating light ray 7 with respect to the optical axis of the lens 21 of the camera can be carried out precisely during of the assembly, only the distance
L between the plane defined by the rotating light beam 7 and the objective 21 remaining to be adjusted. According to a possible embodiment, said distance L can also be predetermined during mounting, and the orientation of the laser emission device 10 by report the camera 20 can also be adjusted during mounting on a common support to meet the conditions indicated above, so that each time a profile is read, only the adjustment, relative to the wall of the cavity 1 , the position of the plane defined by the turning radius 7 remains to be performed.
Naturellement, diverses autres variantes peuvent être apportées à l'installation précédemment décrite. Ainsi, plusieurs barrettes photosensibles 25 a à 25d peuvent être disposées suivant des rayons de la face du disque 24 située en regard de l'objectif 21. Naturally, various other variants can be made to the installation previously described. Thus, several photosensitive bars 25 a to 25d can be arranged along radii of the face of the disc 24 situated opposite the objective 21.
La saisie de l'image pourra alors se faire par une frac
tion de rotation du disque support 24. Dans le cas de
quatre barrettes 25a à 25d disposées en croix et déca
lées de 90 , chaque barrette balaye un quart d'image
en un quart de tour du support 24 et l'ensemble des in
formations reçues par les quatre barrettes permet de
restituer la totalité de l'image. Ce mode de réalisation
permet notamment de réaliser l'acquisition d'une image correspondant à un profil complet à une vitesse supé
rieure à celle possible avec une seule barrette, compte
tenu du temps d'acquisition nécessaire des informations
par une barrette photosensible et les circuits électro
niques associes.The image can then be captured by a frac
rotation of the support disc 24. In the case of
four bars 25a to 25d arranged in a cross and decaf
90 bars, each bar scans a quarter of an image
in a quarter turn from the support 24 and all of the in
training received by the four bars allows
restore the entire image. This embodiment
allows in particular to carry out the acquisition of an image corresponding to a complete profile at a higher speed
smaller than that possible with a single bar, account
given the necessary time to acquire information
by a photosensitive strip and the electro circuits
associated picnics.
Dans le cas où, pour effectuer le relevé
de points définissant le profil d'une section transver
sale d'une cavité, on fait tourner le rayon lumineux
éclairant 7 et une barrette photo sensible 25 à des vites
ses angulaires différentes, il n'est plus nécessaire de
réaliser une synchronisation entre les moteurs 5, 32
d'entraînement du miroir tournant 4 et du disque support
24. L'effet stroboscopique produit permettant d'enregis
trer une pluralité de points situés sur le profil de la
cavité qui est à déterminer.In case, to make the statement
of points defining the profile of a cross section
dirty with a cavity, we rotate the light beam
illuminating 7 and a photo strip sensitive 25 to fast
its different angles, it is no longer necessary to
synchronize between motors 5, 32
drive of the rotating mirror 4 and the support disc
24. The strobe effect produced allowing recording
trer a plurality of points located on the profile of the
cavity to be determined.
A titre d'exemple, si la vitesse de rota
tion du miroir tournant 4 est dix fois supérieure à cel
le du disque tournant 24 porteur d'une barrette 25, il
est possible, au cours d'une rotation de la barrette 25,
d'enregistrer les coordonnées polaires de dix points
répartis sur le profil de la section de la cavité à dé
terminer. Le rapport des vitesses des moteurs 5 et 32
peut naturellement être très différent de dix en fonc
tion des applications envisagées. La présence d'un glis
sement entre les vitesses n'est pas non plus gênant dans
la mesure où la position angulaire de la barrette photosensible 25 reste en permanence bien déterminée grâce au codeur de position angulaire 40. For example, if the rota speed
tion of the rotating mirror 4 is ten times greater than that
the of the rotating disc 24 carrying a bar 25, it
is possible, during a rotation of the bar 25,
record the polar coordinates of ten points
distributed over the profile of the section of the die cavity
finish. The ratio of the speeds of motors 5 and 32
can naturally be very different from ten in function
tion of the envisaged applications. The presence of a glis
neither between the gears is not bothersome in
the extent to which the angular position of the photosensitive strip 25 remains permanently well determined by virtue of the angular position encoder 40.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8219169A FR2536167A1 (en) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | Optoelectronic camera and method for recording, using this camera, the profile of a cross-section of a cavity, and installation for the implementation of the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8219169A FR2536167A1 (en) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | Optoelectronic camera and method for recording, using this camera, the profile of a cross-section of a cavity, and installation for the implementation of the method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2536167A1 true FR2536167A1 (en) | 1984-05-18 |
Family
ID=9279220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8219169A Pending FR2536167A1 (en) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | Optoelectronic camera and method for recording, using this camera, the profile of a cross-section of a cavity, and installation for the implementation of the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2536167A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112629412A (en) * | 2019-12-12 | 2021-04-09 | 天目爱视（北京）科技有限公司 | Rotary type 3D intelligent vision equipment |
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1982
- 1982-11-16 FR FR8219169A patent/FR2536167A1/en active Pending
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