BE898152A

BE898152A - Procede et dispositif de detection sans contact du mouvement d'un objet.

Info

Publication number: BE898152A
Application number: BE1/10900A
Authority: BE
Original assignee: Zumbach Electronic Ag
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1983-11-04
Publication date: 1984-03-01
Also published as: GB2130453B; IT1169688B; JPS59100864A; DE3340924A1; CH665910A5; US4616931A; JPH0530214B2; DE3340924C2; GB2130453A; CA1246184A; GB8329971D0; IT8323642A0; FR2536174B1; FR2536174A1; IT8323642A1

Abstract

On reproduit un objet (1) en mouvement de structure optiquement différenciée par une optique (2) sur une grille (3) de capteurs opto-électriques (A-D). Les signaux de sortie d'au-moins un groupe de quatre capteurs (A-D) sont constitués en signaux I = A+B - C-D et II = B+C - A-D. Il s'agit de deux signaux déphasées d'un quart de période à partir desquels la direction du déplacement est déterminée par un circuit logique. La vitesse est tirée de la fréquence des signaux. Le déplacement de l'objet (1) est déterminé par le comptage directionnel des signaux. La mesure est simple et offre de multiples possibilités d'exploitation.

Description


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  Procédé et dispositif de détection sans contact du mouvement d'un objet. CI demande de brevet déposée en Suisse le 12 novembre 1982 sous le numéro   61600/82-7.   

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  La présente invention concerne un procédé de détection sans contact du mouvement d'un objet à structure optiquement différenciée. 



  L'on connaît dans ce but des procédés et dispositifs faisant toutefois en règle générale appel à des systèmes optiques relativement coûteux à réseaux de prismes et grilles fixes et mobiles. Néanmoins les systèmes connus ne permettent qu'une mesure relativement précise de la vitesse, mais pas une indication de la direction du mouvement détecté et en conséquence du parcours effectué par l'objet, dans la mesure où le déplacement n'intervient pas toujours dans la même direction. 



  Le but de la présente invention est de décrire un procédé et un dispositif qui autorisent non seulement la détection du mouvement d'un objet avec des moyens optiques simples, mais permettent également de détecter la direction du déplacement et en conséquence pour de nombreux cas des indications suffisamment précises sur le chemin parcouru par l'objet. Ce but est atteint par le procédé conforme à la revendication 1. On prévoit de préférence des groupes de respectivement quatre capteurs pour chacune des composantes du mouvement à détecter, d'où sont dérivés des signaux déphasés à partir desquels la grandeur et la direction du déplacement peuvent être déduites. 



  On peut prévoir de préférence comme capteurs une série ou une matrice de photodiodes, ci-dessous intitulées diodes, ou les diodes de la position correspondante sont couplées en parallèle dans chaque groupe. 



  L'invention est maintenant expliquée plus précisément en se référant au dessin qui représente un'exemple d'exécution et une variante d'exécution. 



  La figure 1 représente schématiquement la disposition générale du dispositif de mesure 

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 La figure 2 une série de diodes formant capteurs opto-électri- ques pour une composante du déplacement, La figure 3 représente le montage du capteur avec des préampli- ficateurs, La figure 4 représente la courbe des différents signaux en fonc- tion du déplacement d'une tache de lumière le long du capteur, La figure 5 représente un circuit pour la constitution de sommes et de différences à partir des signaux des capteurs, La figure 6 représente un circuit logique pour la détermination des signaux relatifs à la direction du déplacement, La figure 7 représente les signaux d'entrée et de sortie du circuit conforme à la figure 6 et La figure 8 représente schématiquement un capteur pour la saisie de deux composantes du déplacement. 



  La figure 1 montre comment un objet plat (1), mobile dans le plan XY, est représenté sur un capteur opto-électrique (3) par une optique (2) illustrée schématiquement. Vu que les déplacements de l'objet (1) doivent être détectés dans les deux directions XY, le capteur (3) représentée figure 1 est constitué sous la forme d'une matrice quadratique de diodes du genre illustré figure 8. Cette matrice est représentée figure 1 quasiment reproduite sur l'objet (1). Les diodes sont regroupées en groupes quadratiques de respectivement 16 diodes. Nous reviendrons encore brièvement sur la façon dont une mesure de la vitesse ou du déplacement peut intervenir dans deux composantes directionnelles. 



  Cependant pour expliquer l'idée à la base de l'invention, nous allons exposer en nous référant aux figures 2 à 7 un exemple simple de détection de la vitesse et par conséquent du chemin parcouru par un objet dans une direction. Le dispositif de mesure est constitué de façon identique à celui conforme à la figure 1, néanmoins une série de diodes (3a) conformes à la figure 

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 2 est utilisée à la place de la matrice de diodes (3). Cette série de diodes est disposée parallèlement à la direction à détecter, par exemple la direction X, c'est-à-dire que les points de l'image de l'objet (1) en mouvement devant l'optique (2) se déplacent dans la direction longitudinale le long de la série de diodes.

   Les points de l'image de clarté différente provoquent en conséquence des signaux variables dans les diodes, un point ou un signal à la vitesse de l'objet se déplaçant à une vitesse proportionnelle sur la série de diodes. Il apparaît en conséquence d'une façon en soi connue des trains de signaux périodiques dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de l'objet et la largeur inversement proportionnelle à chaque diode. Comme illustré figure 2 et représenté figure 3 les diodes de la série sont respectivement couplées par groupes de quatre diodes successives A, B, C, D, toutes les diodes A, toutes les diodes B, toutes les diodes C et toutes les diodes D étant couplées en parallèle. Il en résulte en conséquence quatre sorties A, B, C, D qui contiennent respectivement un amplificateur opérationnel (4).

   Les sorties conformes à la figure 3 sont connectées conformément à la figure 5 à des circuits d'addition et de soustraction dont un seul est   représente.   La conception et le mode de fonctionnement des circuits conformes à la figure 5 sont sans autres difficultés évidents et ne seront pas ici expliqués plus précisément. Le signal I apparaît comme suit à la sortie I :
I = (A+B)- (C+D) Un second circuit identique, aux entrées duquel les signaux sont appliqués dans l'ordre B, C, A, D fournit le signal suivant :
II = (B+C)- (A+D) On additionne donc dans un canal respectivement les signaux des deux premières diodes A et B et l'on constitue la différence par rapport à la somme des signaux des deux dernières diodes C et D de chaque groupe.

   Si l'on considère le passage d'un 

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 point d'image ou d'une tache de lumière ou d'une tache d'ombre sur un groupe de diodes A-D comme une période de 3600 ou de   2)   r, on reconnaît immédiatement que les signaux A+B et C+D sont alors en opposition de phase. Les composantes, comme par exemple la luminosité moyenne de la partie d'objet observée, quin'est pas consécutive au passage de points d'image, sont éliminées de la différence de ces signaux. L'on obtient en conséquence un signal qui présente seulement une fréquence proportionnelle à la vitesse de déplacement à détecter. La même chose est applicable au signal II, qui cependant est décalé de   900 ou) r/2   par rapport à la période ci-dessus mentionnée. 



  Ces relations sont visualisées figure 4, le temps de passage d'un point d'image et par conséquent la direction longitudinale de la série de diodes étant portées figure 4 en haut dans la direction verticale, alors que différentes positions d'un point lumineux (5) se déplaçant le long de la série de diodes sont représentées dans la direction horizontale. Il est évident que pour la première position du point lumineux en bas à gauche, le signal A+B est maximal, C+D minimal, le signal B+C sur une valeur moyenne et le signal A+D également sur une valeur moyenne.

   Dans la seconde position à gauche du point image ou lumineux, les signaux A+B et C+D sont sur une valeur moyenne, alors que le signal B+C présente une valeur maximale et le signal A+D une valeur minimale, Il est facile de constater que les quatre signaux qui viennent d'être mentionnés présentent une courbe périodique, mais sont cependant déphasés. Les signaux A+B, C+D, de même que respectivement les signaux B+C et A+D sont en opposition de phase. La soustraction de ces signaux en opposition de phase donne des signaux de même fréquence et d'amplitude double, les signaux parasites ci-dessus mentionnés étant éliminés. Toute fois, pour simplifier l'illustration, ces signaux parasites ne sont pas non plus représentés sur les signaux A+B, C+D, B+C et A+D. 

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  L'on obtient donc aux sorties I et II des circuits conformes à la figure 5 les signaux déphasés représentés figure 7, qui sont également désignés par I et II. Ces signaux sont amenés aux entrées du circuit logique conforme à la figure 6. Etant donné que tous les éléments de commande de ce circuit sont clairement représentés, une description de ce circuit et de son fonctionnement est superflue. Mentionnons uniquement que les portes ET (6) et (7) avec les entrées RC correspondantes et l'inverseur (8) délivrent respectivement une impulsion de sortie de durée relativement courte jusqu'à la décharge du condensateur C à la suite d'un flanc montant ou descendant du signal II, laquelle impulsion décide avec le reste de la logique si une série d'impulsions conformes à la figure 7 apparaît à la sortie (9) ou la sortie (10).

   Le   signe"+"ou"-"sur   les sorties (9) et (10) signifie qu'une série d'impulsions sur la sortie (9) indique un déplacement en avant, une série d'impulsions sur la sortie (10) un déplacement en arrière. Les deux signaux I et II déphasés du quart d'une période permettent de différencier le déplacement en avant et en arrière par le circuit logique conforme à la figure 6, en cas de déplacement en avant (+) les impulsions apparaissant avec le signal II décroissant et le signal I bas, ainsi qu'avec le signal II croissant et le signal I haut. En cas de déplacement en arrière (-), les impulsions apparaissent par contre avec le signal II croissant et le signal I bas et avec le signal II décroissant et le signal I haut.

   Comme mentionné, des impulsions n'apparaissent qu'à une sortie (9) ou (10) pour une direction déterminée du déplacement et ces impulsions indiquent non seulement la direction du déplacement par leur existence, mais également la vitesse par leur fréquence. Les impulsions apparaissant à la sortie (9) peuvent être additionnées dans un compteur-décompteur non représenté et les impulsions apparaissant à la sortie (10) soustraites de telle manière que l'état du compteur donne une indication de la totalité du chemin parcouru par l'objet. Dans un autre circuit non représenté mais en soi connu, 

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 on peut déterminer la vitesse instantanée de l'objet à partir de la fréquence correspondante des impulsions, que ce soit d'un signal I ou II et que ce soit à partir d'un signal sur une des sorties (9) ou (10).

   Il est donc possible de détecter le déplacement d'un objet en direction et en importance, en entendant sous importance aussi bien la vitesse instantanée que le déplacement ou chemin total effectué à partir d'un instant déterminé. On peut aussi naturellement constituer des valeurs moyennes pour la détection d'une vitesse moyenne. 



  Alors que seuls 3 groupes de respectivement quatre photodiodes sont représentés figure 2, on utilise dans la pratique des séries de diodes considérablement plus longues, qui sont couplées de façon correspondante par groupes de quatre. 



  Mentionnons uniquement en ce qui concerne la forme d'exécution conforme à la figure 8 à matrice à diodes que les diodes désignées portant le même numéro y sont respectivement couplées. Conformément aux indications ci-dessus, les domaines déphasés correspondants sont analysés aussi bien dans la direction X que   dans la direction Y pour obtenir les signaux déphasés I et II x x   ou Iy et    II   sur la base desquels l'importance et la direction des deux composantes du déplacement peuvent être détectées.

   Sur le plan calcul, ceci équivaut à : 
 EMI7.1 
 + (12+22+32+42)- (13+23+33+43) + (14+24+34+44) l = (11+2l+31 +41) II = (12+22+32+42) + (13+23+33+43)- (11+21+31+41) + (14+24+34+44)   l =   (11+12+13+14) + (21+22+23+24)-   y (31+32+33+34)   + (41+42+43+44) 
II = (21+22+23+24) + (31+32+33+34)-   y (11+12+13+14)   + (41+42+43+44)

Claims

6. Dispositif de réalisation du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une série de photodiodes (3a) ou une matrice de photodiodes (3) est prévue comme capteur, les photodiodes (A-D) de la position correspondante étant couplées en parallèle dans chaque groupe.

7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé par un circuit (figure 5) pour la constitution des signaux.

I = (A+B)- (C+D) et II= (B+C)- (D+A) à partir des signaux des photodiodes A à D et par un circuit logique (figure 6) pour la constitution de signaux (+,-) indiquant la direction à partir des signaux déphasées I et II.

8. Dispositif conforme à la revendication 6, avec une matrice de photodiodes (3), caractérisé par le fait que les photodiodes (11,12, 13,14,... 41, 42,43, 44) disposées dans les rangées correspondantes de chaque groupe, ou les photodiodes (11,21, 31,41,...

14,24, 34,44) disposées dans les colonnes correspondantes sont reliées entre-elles, les signaux de sortie des rangées de photodiodes servant à la détection du déplacement dans une direction de coordonnée et les signaux de sortie des colonnes de photodiodes à la détection du déplacement dans l'autre direction de coordonnée.