ES2296721T3 - Dispositivo de reconocimiento tridimensional de una escena por emision laser. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de reconocimiento tridimensional de una escena (4), que comprende un emisor láser (20), medios de barrido (14, 42, 200, 202, 204, 206, 210, 212, 224, 226) según un primero y un segundo ejes de rotación (16, 44) para barrer la escena (4) con la ayuda de un haz láser emitido por el emisor láser (20), un receptor fotosensible (46) de una imagen de un spot (52) creado por el haz láser en la escena (4), medios (38, 50) de focalización del haz láser retrodifundido por la escena (4) hacia el receptor fotosensible (46), primeros medios (214, 226) de medición de la orientación del haz a la salida de los medios de barrido (14, 42, 200, 202, 204, 206, 210, 212, 224, 226), y segundos medios (24, 28, 32, 34, 48, 314) de medición por telémetro láser de la distancia entre el dispositivo y el spot, comprendiendo los citados segundos medios de medición una lámina separadora (32) de los haces emitido y retrodifundido por la escena (4), comprendiendo los citados medios de barrido (14, 42, 200, 202, 204, 206, 210, 212, 224, 226), al menos, un espejo (42) dispuesto en la trayectoria de los haces láser emitido y retrodifundido, entre los medios de focalización (38, 50) y la escena (4), caracterizado porque los medios de focalización (38, 50) comprenden un sistema óptico convergente (38) que compensa el astigmatismo introducido por la lámina separadora (32) asociado a un sistema óptico divergente (50) de aumento de la distancia focal del sistema óptico convergente formando así un teleobjetivo.
Description
Dispositivo de reconocimiento tridimensional de
una escena por emisión láser.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de reconocimiento tridimensional de una escena.
De modo más particular, la presente invención se
refiere a un dispositivo de reconocimiento tridimensional, que
comprende un emisor láser, medios de barrido según un primero y un
segundo ejes de rotación para barrer la escena con la ayuda de un
haz láser emitido por el emisor láser, un receptor fotosensible de
una imagen de un spot creado por el haz láser en la escena, medios
de focalización del haz láser retrodifundido por la escena hacia el
receptor fotosensible, primeros medios de medición de la orientación
del haz a la salida de los medios de barrido, y segundos medios de
medición por telemetría láser de la distancia entre el dispositivo
y el spot, que comprenden una lámina separadora de los haces emitido
y retrodifundido por la escena.
Un dispositivo de este tipo está descrito en el
documento US 5 988 862 A. Éste comprende un emisor de pulsos láser,
medios de barrido que comprenden dos espejos galvanométricos libres
en rotación alrededor de dos respectivos ejes ortogonales, y
codificadores para dirigir el haz láser y determinar la orientación
de éste, en función de las posiciones de los dos espejos
galvanométricos. Además, éste comprende un separador óptico del haz
emitido por el emisor de pulsos y del haz retrodifundido por la
escena, lo que permite efectuar una medición de la distancia entre
el dispositivo y el spot creado por el haz láser en la escena, por
medición del "tiempo de vuelo" del pulso láser. Para hacer
esto, el dispositivo comprende, igualmente, medios de medición del
instante de emisión del haz láser y medios de medición del instante
de recepción por un receptor fotosensible del haz retrodifundido
por la escena.
Así, un pulso emitido por el emisor láser es
parcialmente reflejado por el separador hacia los dos espejos
galvanométricos para crear un spot en la escena Una parte del pulso
recibido por la escena es retrodifundida después hacia los dos
espejos galvanométricos, y después atraviesa el separador para ser
recibida por un telescopio que focaliza su energía sobre el
receptor fotosensible.
Cuando el receptor se aplica a mediciones que se
extienden en una gama importante de distancias, tales como,
clásicamente, de 1 a 100 metros, siendo la energía del haz
retrodifundido inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que separa el spot del dispositivo, la medición efectuada
por el receptor fotosensible puede estar sometida una gran dinámica
de la energía de los haces recibidos por éste.
La invención pretende remediar este
inconveniente creando un dispositivo capaz de limitar y de tener en
cuenta la dinámica de la energía de los haces retrodifundidos
recibidos por el receptor fotosensible.
Así pues, la invención tiene por objeto un
dispositivo de reconocimiento tridimensional de una escena, de
acuerdo con la reivindicación 1.
Así, el dispositivo de acuerdo con la invención
permite compensar la dinámica de la energía del haz retrodifundido
recibida por el receptor fotosensible, facilitando medios de
focalización que tienen una gran focal y una dimensión pequeña.
En efecto, el aumento de la focal de los medios
de focalización permite aumentar el tamaño de la imagen del spot
creado en el receptor fotosensible, de modo que ésta le cubra
totalmente, incluso cuando el spot esté muy alejado del
dispositivo. Cuando el spot se aproxima, el tamaño de su imagen a
nivel del receptor fotosensible aumenta de modo inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que separa el spot del
dispositivo, como la energía del
haz.
haz.
De este modo, el efecto de dinámica debido a la
gama importante de las distancias medidas es compensado por el
aumento del tamaño de la imagen del spot cuando éste se aproxima, de
tal modo que la densidad de superficie de energía recibida por el
receptor fotosensible permanece constante, sin, por otra parte,
perjudicar la dimensión total del dispositivo.
El dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la invención puede, además, comprender una o varias
de las características siguientes:
- el sistema óptico convergente comprende un
espejo esférico de compensación de deformaciones de la superficie
de onda del haz provocadas por la lámina separadora, estando
dispuesto este espejo fuera de eje con respecto a los haces láser
emitido y retrodifundido;
- los segundos medios de medición comprenden,
además, dispuesta entre el emisor láser y la lámina separadora, una
lámina prismática de compensación de las deformaciones de la
superficie de onda del haz emitido provocadas por el espejo
esférico fuera de eje;
- los segundos medios de medición comprenden,
además, medios de medición del instante de emisión del haz láser y
medios de medición del instante de recepción por el receptor
fotosensible del haz retrodifundido por la escena, los medios de
medición del instante de emisión del haz láser comprenden una fibra
óptica que recibe una parte del haz láser reflejada fuera de eje
por la lámina prismática y que la transmite a un receptor
fotosensible;
- el sistema óptico divergente comprende una
lente divergente dispuesta en la trayectoria del haz retrodifundido,
entre la lámina separadora y el receptor fotosensible;
- la lámina separadora comprende una pastilla
semirreflectante de reducción de la dinámica de la energía del haz
retrodifundido por la escena y recibido por el receptor
fotosensible;
- el receptor fotosensible comprende un
fotodiodo de avalancha asociado a medios de compensación de
temperatura;
- los medios de compensación de temperatura
comprenden una sonda de temperatura y son medios de regulación de
la tensión de polarización del receptor fotosensible, en función de
la temperatura medida por esta sonda;
- los medios de barrido comprenden un espejo
plano y medios de control de la posición de este espejo alrededor
de los citados primero y segundo ejes de rotación de los citados
medios de barrido;
- el dispositivo comprende una parte
optomecánica y una parte electrónica, el primer eje de rotación es
un eje en rotación en deslizamiento, y los medios de control
alrededor de este eje, comprenden una plataforma arrastrada en
rotación alrededor de este eje por un motor paso a paso y perforada
por una abertura axial para el paso de medios de conexión eléctrica
entre elementos de la parte optomecánica y elementos de la parte
electrónica;
- la plataforma está dispuesta sobre una corona
fija por intermedio de medios de rodamiento de bolas sobre anillo
de sujeción, dispuestos entre la plataforma y la corona fija;
- el motor paso a paso está dispuesto debajo de
la corona fija en la periferia de esta y está asociado a un piñón
de arrastre de la plataforma en rotación alrededor del primer eje,
por intermedio de una correa dentada llevada por la plataforma;
- el segundo eje de rotación es un eje de
rotación en situación, y los medios de control alrededor de este
eje comprenden un brazo de transmisión, cuyo eje está fijado con
respecto a la plataforma, que une el espejo a un escáner
galvanométrico de arrastre en rotación del espejo alrededor del
citado segundo eje;
- los primeros medios de medición comprenden un
codificador óptico incremental anular de medición de la orientación
del haz en deslizamiento, llevado por la plataforma;
- el codificador óptico es solidario de la
corona fija y está provisto de una parte móvil solidaria de la
plataforma;
- éste comprende, además, un conjunto de
focalización automática del haz láser emitido por el emisor láser y
medios de fijación del emisor láser al conjunto;
- los citados medios de fijación comprenden una
placa soporte que lleva el emisor láser y fijada al conjunto de
focalización automática por medio de tornillos introducidos en
agujeros axiales de mayor diámetro practicados en la placa soporte,
y tornillos de regulación radial del emisor láser en el conjunto de
focalización automática:
- el conjunto de focalización automática del haz
láser comprende, al menos, una lente divergente dispuesta en el eje
de emisión del haz láser, una lente convergente dispuesta igualmente
en el eje de emisión y medios de desplazamiento relativo de la
lente convergente y de la lente divergente a lo largo del eje de
emisión;
- los citados medios de desplazamiento relativo
comprenden un manguito que soporta la lente convergente alrededor
del cual está fijada una membrana flexible y medios de accionamiento
de la membrana con miras al desplazamiento del citado manguito a lo
largo del eje;
- los medios de accionamiento de la membrana
flexible comprenden un generador de corriente y una bobina,
alimentada de corriente por el generador de corriente, fijada a la
membrana flexible y dispuesta en el entrehierro de un núcleo
magnético alrededor del eje de emisión;
- los medios de accionamiento de la membrana
flexible comprenden medios de comparación entre la posición
detectada de la lente convergente y la posición deseada de la lente
convergente a lo largo del eje que comprenden medios de activación
del generador de corriente en función de esta diferencia;
- el conjunto de focalización automática
comprende medios ópticos de detección de la posición de la lente
convergente en el eje de emisión;
- éste comprende medios de regulación de los
medios de control en posición del espejo galvanométrico alrededor
del eje de rotación en situación y medios de regulación del eje de
recepción del haz láser alrededor del eje de rotación en
deslizamiento;
- los medios de regulación de los medios de
control en posición del espejo galvanométrico y los medios de
regulación del eje de recepción del haz, comprenden, cada uno, una
cuna formada por una porción de corona y cada uno un soporte de
cuna correspondiente dentro del cual desliza la cuna en rotación
alrededor del eje de la citada corona;
- el eje de rotación de la cuna de los medios de
regulación de los medios de control en posición del espejo
galvanométrico es perpendicular al eje de rotación en situación y al
eje de rotación en deslizamiento, y el eje de rotación de la cuna
de los medios de regulación del eje de recepción es perpendicular al
eje de rotación en situación en el plano vertical que contiene el
eje de rotación en deslizamiento, siendo los citados ejes de
rotación de las cunas secantes en el centro del espejo;
- éste comprende, además, medios de reducción de
la dinámica de la señal facilitada a la salida del receptor
fotosensible;
- los medios de reducción de la dinámica de la
señal comprenden un atenuador de tensión de ganancia programable y
un conjunto de amplificación de ganancia fija a la salida de este
atenuador; y
- los segundos medios de medición de la
distancia entre el dispositivo y el spot comprenden un circuito
integrado de medición del "tiempo de vuelo" del haz láser.
La invención tiene por objeto, igualmente, un
procedimiento de designación de una zona de interés en una escena,
puesto en práctica en un dispositivo de reconocimiento
tridimensional del tipo antes citado, que comprende las etapas
siguientes:
- -
- el reconocimiento tridimensional de un conjunto de puntos de la escena;
- -
- el almacenamiento de las coordenadas del conjunto de puntos reconocido;
- -
- la modelación y/o la visualización del citado conjunto de puntos, caracterizado porque comprende, además, las etapas siguientes:
- -
- la selección de un subconjunto de al menos un punto del citado conjunto, que define la citada zona de interés; y
- -
- el gobierno de los medios de barrido y del emisor para que el spot creado en la escena por el haz láser designe sucesivamente, al menos, una parte de los puntos del subconjunto seleccionado correspondiente a la citada zona de interés.
La invención se comprenderá mejor con la ayuda
de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y
hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la Fig. 1 es una vista esquemática de la
estructura general de un dispositivo de acuerdo con la
invención;
- la Fig. 2 representa esquemáticamente la
proyección, según la dirección de desplazamiento de un haz láser,
de la superficie de onda de éste, en el transcurso de su trayectoria
de ida en el dispositivo de la figura 1;
- la Fig. 3 representa esquemáticamente la
proyección, según la dirección de desplazamiento de un haz láser,
de la superficie de onda de éste, en el transcurso de su trayectoria
de vuelta en el dispositivo de la figura 1;
- la Fig. 4 es una vista esquemática de un
conjunto de focalización automática, para el dispositivo de la
figura 1;
- la Fig. 5 es una vista esquemática parcial de
medios de barrido del dispositivo de la figura 1;
- la Fig. 6 es una vista esquemática de costado
de primeros medios de regulación de los medios de barrido de la
figura 3;
- la Fig. 7 es una vista esquemática desde
arriba de segundos medios de regulación de los medios de barrido,
según la dirección I de la figura 5;
- la Fig. 8 representa un esquema sinóptico de
medios electrónicos de reducción dinámica de una señal, para el
dispositivo de la figura 1; y
- la Fig. 9 representa un esquema sinóptico de
medios de control de temperatura de un receptor fotosensible, para
el dispositivo de la figura 1.
Como está representado en la figura 1, un
dispositivo 2 de reconocimiento tridimensional de una escena 4
materializada, por ejemplo, por una vasija de cerámica, comprende
una caja 6 dentro de la cual está dispuesta una ventanilla 8
transparente a los haces luminosos.
Esta caja 6 comprende dos partes.
Una primera parte, en la cual se encuentra la
ventanilla 8, comprende sistemas ópticos y constituye la parte
optomecánica 10 del dispositivo 2.
Una segunda parte, situada debajo de la primera
parte, comprende sistemas electrónicos cuyos elementos esenciales
se describirán refiriéndose a las figuras 8 y 9 y constituye la
parte electrónica 12 del dispositivo 2.
Esta parte electrónica comprende capacidades de
cálculo y de almacenamiento de datos suficientes para poner en
práctica procedimientos clásicos de reconocimiento, de
representación, de modificación o de activación de la parte
optomecánica 10.
En particular, la parte electrónica 12 comprende
una arquitectura de microordenador embarcado que comprende un panel
posterior susceptible de acoger tarjetas electrónicas que soportan
diferentes formatos de bus de transmisión de datos, tales como
buses PCI, ISA.
Ésta comprende, igualmente, una tarjeta de
microordenador compacta provista de un disco duro estático, y
tarjetas de gobierno de diferentes elementos de la parte
optomecánica 10 y de la parte electrónica 12, que se describirán
más adelante.
Además, la parte electrónica 12 está conectada a
un órgano de mando exterior (no representado), tal como un
ordenador portátil o un organizador personal electrónico, por medio
de una unión de tipo ethernet.
Entre estas dos partes, está dispuesta una
plataforma 14 circular y horizontal que forma soporte de los
sistemas ópticos del dispositivo 2 por intermedio de placas tales
como la placa 15. Esta plataforma 14 es controlada en posición
angular alrededor de un eje vertical 16 que le corta en su centro
por un dispositivo de control que se describirá refiriéndose a la
figura 5, permitiendo, así, un barrido en deslizamiento de la escena
4 por el dispositivo
2.
2.
Además, ésta está perforada por una abertura
axial 18 centrada alrededor del eje 16, que permite el paso de
medios de conexión eléctricos 18a entre elementos de la parte
optomecánica 10 y elementos de la parte electrónica 12. Un modo de
realización detallado de esta plataforma 14 se describirá
refiriéndose a la figura 5.
La parte optomecánica 10 comprende:
- una montura en forma de viga 19 fijada a la
plataforma 14 por placas tales como la placa 15 y destinada a
sostener una parte de los elementos de la parte optomecánica 10;
- un emisor láser 20 de tipo clásico, tal como
un microláser, fijado a esta montura 19;
- un conjunto 22 de focalización automática de
un haz láser emitido por el emisor láser 20, fijado a éste;
- una lámina prismática 24 dispuesta en el eje
26 de emisión de un haz láser por el emisor 20, a la salida del
conjunto 22 de focalización automática, y fijada a la montura
19:
- una fibra óptica 28 de recepción de una parte
del haz láser reflejada fuera de eje por la lámina prismática
24;
- un receptor fotosensible 29 de tipo clásico
conectado a la fibra óptica 28;
- una trampa de luz 30 de tipo clásico fijada a
la montura 19 a una distancia predeterminada de la lámina
prismática 24, para impedir la reflexión de una parte del haz láser
que ha atravesado la lámina prismática 24 y recibida por esta
trampa;
- una lámina separadora transparente 32 fijada a
la montura 19 y dispuesta entre la lámina prismática 24 y la trampa
de luz 30, en el eje de emisión 26 e inclinada aproximadamente 45º
con respecto al citado eje;
- una pastilla semirreflectante 34 dispuesta en
la superficie de la lámina separadora 32 frente a la lámina
prismática 24 y centrada alrededor del eje de emisión 26, reflejando
la citada pastilla una parte del haz emitido por el emisor 20 que
ha atravesado la lámina prismática 24 y transmitiendo en retorno,
una parte del haz retrodifundido por la escena 4, a lo largo de un
eje óptico 36 paralelo al eje longitudinal de la montura 19;
- un espejo esférico 38 fijado a la montura 19,
dispuesto fuera de eje con respecto al eje óptico 36 y que refleja
un haz láser emitido por el emisor 20 procedente de la lámina
separadora 32 o retrodifundido por la escena 4; el espejo esférico
38 forma parte de un sistema óptico convergente.
- un espejo galvanométrico 42 controlado en
posición angular alrededor de un eje 44 perpendicular al eje 16 que
corta este último en un punto O y cuya posición se precisará más
adelante. El eje 44 es fijo con respecto a la plataforma 14, para
dirigir un haz láser reflejado por el espejo esférico 38 hacia la
escena 4 y recíprocamente para dirigir el haz láser retrodifundido
por la escena 4 hacia el espejo esférico 38;
- un receptor fotosensible 46 dispuesto en el
eje óptico 36, en la trayectoria de vuelta del haz láser
retrodifundido por la escena 4 y transmitido por la lámina
separadora 32;
- un filtro interferencial 48 de tipo clásico,
dispuesto en el eje óptico 36, entre la lámina separadora 32 y el
receptor fotosensible 46, para filtrar el haz retrodifundido por la
escena 4 antes de que éste llegue al receptor fotosensible 46;
y
- una lente divergente 50, dispuesta en el eje
óptico 36, entre la lámina separadora 32 y el receptor fotosensible
46, para formar, en asociación con el espejo esférico 38, un
teleobjetivo con el fin de reducir la longitud de la vía de
recepción del haz láser retrodifundido conservando al mismo tiempo
una distancia focal elevada. La lente divergente 50 forma parte de
un sistema óptico divergente fijo con respecto al sistema óptico
convergente y con respecto al receptor fotosensible 46 y al filtro
48. El sistema óptico convergente es igualmente fijo con respecto
al receptor fotosensible 46 y al filtro 48. La lente divergente 50 y
el espejo esférico 38 son, por consiguiente, fijos con respecto al
receptor fotosensible 46 y al filtro 48.
El emisor láser 20, el sistema 22 de puesta a
punto automática, la lámina prismática 24 y el conjunto constituido
por la lámina separadora 32 y la pastilla semirreflectante 34, están
dispuestos de manera que los ejes 16, 26 y 36 son rigurosamente
coplanarios.
Así, un haz láser emitido por el emisor láser 20
en el eje 26 llega a la lámina prismática 24 después de haber
atravesado el conjunto 22 de focalización automática. Éste penetra
en la lámina prismática 24 a través de una primera superficie plana
24a de separación, perpendicular al eje 26.
Después, éste sale de la lámina prismática 24,
atravesando una segunda superficie plana 24b, inclinada con
respecto al eje 26. Una parte del haz láser es reflejada entonces
por la superficie 24b, fuera del eje 26.
Esta parte reflejada del haz láser llega de
nuevo a la primera superficie plana 24a en un punto de contacto
entre esta primera superficie plana 24a de la lámina prismática 24 y
un primer extremo de la fibra óptica 28.
El otro extremo de la fibra óptica 28 está
conectado a un receptor fotosensible 29, que determina un instante
T_{1} de recepción de la parte del haz láser reflejada por la
lámina prismática 24. Este instante T_{1} es considerado en lo
que sigue como el instante de emisión del haz láser.
El haz láser, después de haber atravesado la
lámina prismática 24, llega a la pastilla semirreflectante 34, al
centro de ésta.
Una parte del haz láser es reflejada entonces a
lo largo del eje óptico 36 en dirección al espejo esférico 38,
mientras que la otra parte del haz láser es absorbida totalmente por
la trampa de luz 30 después de haber atravesado la lámina
separadora 32.
El haz láser reflejado por la lámina separadora
32 llega después al espejo esférico 38 en un punto J predeterminado
por el posicionamiento fuera de eje del espejo esférico en la
montura 19.
El espejo esférico 38 está situado con respecto
a la montura 19 y la plataforma 14, de manera que el haz láser,
después de ser reflejado en el espejo esférico en el punto J, sigue
una trayectoria comprendida en el plano que contiene los ejes 16,
26 y 36 y llega al espejo galvanométrico 42 en el punto O de
intersección de los ejes 16 y 44, siendo, además, el eje 44
ortogonal al plano en el cual se desplaza el haz láser.
Preferentemente, el punto O está situado en el centro de la
superficie reflectante del espejo galvanométrico 42.
El haz láser es reflejado a continuación por el
espejo galvanométrico 42, y crea un spot luminoso 52 en la escena
4, después de haber atravesado la ventanilla 8.
A continuación, por retrodifusión del haz láser
por la escena 4, una parte de éste sigue sensiblemente la misma
trayectoria que la descrita anteriormente, en sentido inverso, hasta
el conjunto constituido por la lámina separadora 32 y la pastilla
semirreflectante 34, y atraviesa este conjunto a lo largo del eje
36, en dirección al receptor fotosensible 46.
Antes de llegar al receptor fotosensible 46, el
haz láser, que ha atravesado la lámina separadora 32, atraviesa la
lente divergente 50 y después el filtro interferencial 48.
El receptor fotosensible 46 determina a
continuación el instante T_{2} de recepción del haz láser
retrodifundido por la escena. El cálculo de la distancia que separa
el spot 52 del punto O en función de los instantes T_{1} y
T_{2} es considerado en sí conocido.
\newpage
La pastilla semirreflectante 34 tiene la función
de dirigir una parte del haz láser emitido hacia el espejo esférico
38 a lo largo del eje óptico 36. Pero ésta tiene también la función
de modificar la dinámica de la energía de una parte del haz láser
retrodifundido por la escena 4 y recibido por el receptor
fotosensible 46.
En efecto, cuando el spot 52 está próximo al
dispositivo 2, la energía del haz láser retrodifundido por la
escena 4 es importante, pero el diámetro de este haz láser que
atraviesa la lámina separadora 32 es inferior al de la pastilla
semirreflectante 34.
Ahora bien, en los dispositivos clásicos, la
lámina separadora 32 está provista, en general, de una obturación
central totalmente reflectante, lo que tiene el efecto de impedir la
medición de la distancia al spot 52 en este caso.
Por el contrario, cuando la lámina separadora
está provista de una pastilla tal como la pastilla semirreflectante
34, la parte del haz que atraviesa la lámina separadora 32 pasa
completamente por la pastilla semirreflectante 34 y una parte
atenuada de este haz llega directamente al receptor fotosensible
46.
Por el contrario, cuando el spot está alejado
del dispositivo 2, la energía del haz láser retrodifundido por la
escena 4 es pequeña, puesto que ésta varía en función inversa del
cuadrado de la distancia, pero el diámetro de este haz láser y que
atraviesa la lámina separadora 32 es mayor, y más allá de una
distancia predeterminada, se hace mayor que el de la pastilla
semirreflectante 34.
En este caso, una parte de la energía del haz es
transmitida completamente por la lámina separadora 32 al receptor
fotosensible 46, en la periferia de la pastilla semirreflectante 34.
Esta parte totalmente transmitida es tanto mayor cuanto más alejado
está el spot del dispositivo y, por tanto, cuanto más pequeña es la
energía del haz láser retrodifundido.
De acuerdo con un modo de realización
particular, el emisor láser 20 es un microláser de potencia de
cresta igual a 278 W. El espejo esférico 38 tiene un diámetro tal
que el diámetro óptico de recepción del dispositivo es de 40 mm. La
pastilla semirreflectante 34 tiene un diámetro de 6 mm y un poder
reflector de 0,5. Finalmente, el Albedo de la superficie de
recepción del receptor fotosensible 46, que representa su
coeficiente de retrodifusión, es de 0,01.
En este caso particular, se obtiene la tabla de
resultados siguiente:
En esta tabla, la primera columna representa la
distancia que separa el spot 52 del dispositivo 2.
La segunda columna representa la potencia del
haz láser retrodifundido por la escena 4 a nivel del dispositivo 2
en la abertura definida por el diámetro óptico de 40 mm: se observa
que esta potencia es inversamente proporcional a la distancia de la
primera columna.
La tercera columna representa la potencia de la
parte del haz retrodifundido hacia el receptor fotosensible 46 y
transmitida totalmente por la lámina separadora 32, en la periferia
de la pastilla semirreflectante 34.
La cuarta columna representa la potencia de la
parte del haz retrodifundido hacia el receptor fotosensible 46 y
transmitida parcialmente por la pastilla semirreflectante 34.
Finalmente, la quinta columna de la tabla de
resultados representa la suma de las dos columnas precedentes, es
decir, la potencia total recibida por el receptor fotosensible
46.
Se ve que, aunque la potencia retrodifundida al
dispositivo 2 varía inversamente proporcionalmente a la distancia
del spot 52, la dinámica del haz recibido por el receptor
fotosensible 46 es inferior a 3: ésta varía de 0,08 \muW a 0,23
\muW para distancias que varían de 1 a 90 metros.
La asociación de la lámina prismática 24 con el
espejo esférico 38 fuera de eje, tiene a su vez la función de
compensar el astigmatismo introducido por este último en la
trayectoria de ida del haz emitido por el emisor láser 20 en
dirección a la escena 4, como está representado en la figura 2.
En efecto, cuando el emisor láser 20 emite un
pulso láser, la sección 20p de la superficie de onda por un plano
perpendicular a la dirección de desplazamiento de este pulso es
circular Pero introduciendo la lámina prismática 24 una deformación
de la superficie de onda del pulso por astigmatismo, su sección 24p
se hace elíptica entre la lámina prismática 24 y la lámina
separadora 32.
Una reflexión sobre la lámina separadora 32 no
introduce astigmatismo, la sección 32pa de la superficie de onda
del pulso láser entre esta lámina separadora 32 y el espejo esférico
38, sigue siendo elíptica.
El espejo esférico 38, dispuesto fuera de eje
con respecto a la dirección incidente del pulso láser, introduce
igualmente una deformación por astigmatismo de la superficie de onda
del pulso láser, durante la reflexión de este último sobre el
espejo esférico 38. Así, la sección 38pa de esta superficie de onda
se hace circular entre el espejo esférico 38 y el espejo
galvanométrico 42.
Finalmente, no introduciendo el espejo
galvanométrico 42 deformación por astigmatismo de la superficie de
onda de los pulsos láser, ésta llega a la escena 4, creando el spot
52 que es circular.
En la trayectoria de vuelta del pulso láser
retrodifundido por la escena 4 en dirección al receptor fotosensible
46, una de las funciones del espejo esférico 38 fuera de eje es
compensar el astigmatismo introducido por la lámina separadora 32,
cuando el pulso láser la atraviesa, como está representado en la
figura 3.
En efecto, el pulso láser retrodifundido por la
escena 4 tiene una superficie de onda cuya sección 4p por un plano
perpendicular a la dirección de desplazamiento del pulso es circular
entre la escena 4 y el espejo galvanométrico
42.
42.
Después de la reflexión sobre el espejo
galvanométrico 42, esta sección 42p sigue siendo circular antes de
llegar al espejo esférico 38.
Como se ha mencionado anteriormente, el espejo
esférico 38 dispuesto fuera de eje con respecto a la dirección
incidente del pulso láser, introduce un astigmatismo de la
superficie de onda del pulso, de modo que después de la reflexión
sobre este último y antes de llegar a la lámina separadora 32, la
sección 38pr de la superficie de onda del pulso se hace
elíptica.
De nuevo, la lámina separadora 32 introduce un
astigmatismo cuando el pulso láser la atraviesa, compensado por el
del espejo esférico 38, de modo que la sección 32pr de la superficie
de onda de este pulso se hace circular antes de llegar a la lente
divergente 50.
La lente divergente 50 y el filtro
interferencial 48 no introducen deformaciones por astigmatismo de la
superficie de onda del pulso, lo que tiene como consecuencia que la
imagen del spot 52 a nivel del receptor fotosensible 46 es
circular.
El conjunto 22 de focalización automática del
dispositivo 2, así como medios de fijación de éste al emisor láser
20 están representados en la figura 4.
\newpage
El conjunto 22 de focalización automática
presenta una simetría axial alrededor del eje vertical 26. Éste
comprende dos lentes divergentes 60 y 62 fijas, centradas alrededor
del eje 26, y una lente convergente 64, centrada igualmente
alrededor del eje 26 y que puede desplazarse en traslación a lo
largo de este eje.
Las dos lentes divergentes 60 y 62 están
dispuestas dentro de una primera montura tubular 66.
Una primera parte 68 de pequeña sección de este
montura 66 lleva en su extremo libre la lente divergente 60.
La primera parte cilíndrica 68 de la montura
está unida a una segunda parte 70 de mayor sección, por una zona de
transición 71 de forma troncocónica.
La lente divergente 62 está montada en esta
segunda parte 70.
Una tercera parte 72 que forma brida es
solidaria de la segunda parte cilíndrica 70 en el extremo de ésta
opuesto a la primera parte 68.
La montura 66 está montada dentro de un cañón 74
que comprende un ánima terminal 76 que rodea la primera parte de
sección pequeña 68 de la montura 66, y en la cual está montado a
deslizamiento un manguito 78 que soporta la lente convergente
64.
El cañón 74 comprende, además, un ánima de mayor
diámetro 80, cuya sección corresponde a la de la segunda parte 70
de mayor sección de la montura 66.
Finalmente, éste comprende un collarín radial 82
opuesto al ánima terminal 76, y que comprende un fileteado exterior
84.
Con el collarín 82 coopera una corona 86 que
comprende un fileteado interior 88.
La corona 86 está interpuesta entre el collarín
82 y la brida 72 y permite asegurar la regulación en posición axial
de la montura 66 que lleva las lentes divergentes 60, 62.
Tres tornillos 90 de bloqueo de la montura 66
dispuestos a 120º están dispuestos en agujeros axiales 92
practicados en la brida 72, se extienden en el interior de la
corona 86 y se introducen en agujeros roscados practicados en el
collarín 82 del cañón 74.
En la cara de la brida 72 de la montura 66
opuesta a la corona fileteada 86, está practicado un vaciado axial
94 de fijación del emisor láser 20.
En este vaciado coaxial con la montura 66 está
montada una placa soporte 96 de diámetro inferior al del vaciado 94
y a la cual el emisor láser 20 está fijado por tres tornillos 98
dispuestos a 120º.
La placa soporte 96 está a su vez fijada al
fondo del vaciado 94 con la ayuda de tres tornillos 100 de cabeza
plana dispuestos a 120º e introducidos en agujeros axiales 102 de
mayor diámetro practicados en la placa soporte 96 y que permiten la
regulación radial de la posición de la placa soporte y, por
consiguiente, del emisor láser 20 con respecto al eje de emisión 26
del dispositivo 2.
Los tornillos 100 están roscados en la brida
72.
El vaciado 94 está delimitado por un reborde
periférico 104 en el cual están dispuestos tres tornillos 106 de
regulación radial del emisor láser 20.
Los tornillos 106 dispuestos a 120º presentan,
cada uno, por ejemplo, una cabeza moleteada 108 y un extremo en
contacto con la superficie lateral 110 de la placa soporte 96.
El cañón 74 está rodeado por un núcleo magnético
112 al cual está acoplado con fuerza.
El núcleo magnético 112 es de forma general
cilíndrica y es coaxial con el cañón 74 y con las monturas 66 y 78
que llevan, respectivamente, las lentes divergentes 60 y 62 y la
lente convergente 60.
El núcleo magnético 112 está en contacto por una
de sus caras con el collarín 82 del cañón 74.
En la cara del núcleo magnético 112 opuesta al
collarín 82 está practicada una garganta anular 114 que define un
saliente central 116 alrededor del cual está dispuesta una bobina
118 de accionamiento de una membrana 120 por intermedio de un
faldón 122 fijado por uno de sus extremos a la membrana 120.
La membrana flexible 120 está fijada de modo
clásico en su periferia al núcleo magnético 112. Ésta está perforada
en su centro por un agujero circular en el cual está introducido y
fijado el manguito 78.
De este modo, una corriente que atraviesa la
bobina 118 induce un desplazamiento de ésta a lo largo del eje 26
arrastrando con ella, por intermedio de la membrana flexible 120, al
manguito 78 que entonces se desplaza a lo largo del eje 26.
La bobina 118 es alimentada por un generador de
corriente 124 cuya entrada está conectada a la salida de un
comparador 126 entre una señal generada por un fotodiodo 128 de tipo
PSD, iluminado por un haz luminoso que proviene de un diodo
electroluminiscente 130 en cuya trayectoria está colocado el extremo
libre del manguito 78 que lleva la lente convergente 64, y una
señal correspondiente a la distancia del spot 52 que ilumina la
escena 4.
Los medios de barrido representados en la figura
5 comprenden un espejo galvanométrico 42 asociado a medios de
control en posición alrededor de ejes ortogonales 16 y 44, secantes
en el punto O.
Los medios de control en posición del espejo 42
alrededor del eje vertical 16 permiten un barrido en deslizamiento
de la escena 4 y comprenden un motor paso a paso 200 asociado a un
reductor 202, dispuestos debajo de una corona fija 204, en la
periferia de ésta. El reductor 202 manda la rotación alrededor de un
eje vertical de un piñón 206 que atraviesa la corona fija 204.
El piñón 206 arrastra una corona móvil 208 en
rotación alrededor del eje vertical 16, por intermedio de una
correa dentada 210 pegada a la corona móvil 208.
La rotación de la corona móvil 208 con respecto
a la corona fija 204 está asegurada por un rodamiento de bolas 212
delgado, sobre anillo de sujeción, dispuesto en una garganta 213
practicada en la periferia de la corona móvil 208.
Sobre la corona móvil 208 están dispuestas
placas verticales, tales como la placa 15, así como un plato 223
fijado a éstas placas verticales.
La plataforma 14 descrita en relación con la
figura 1 comprende este plato 223 y la corona móvil 208.
La medición del desplazamiento en rotación
alrededor del eje 16 de la plataforma 14 se obtiene por medio de un
codificador óptico 214 solidario de la corona fija 204 por medio de
una corona de fijación 216. El codificador 214 es un codificador
incremental anular, de tipo clásico.
En el paso axial 218 del codificador óptico 214,
se interpone un reborde cilíndrico 220 que delimita la abertura
axial 18 del plato 223, solidario de la corona móvil 208.
De modo clásico, el codificador óptico 214 está
provisto de una parte móvil 222 bloqueada al reborde 220 del plato
223 por tornillos de fijación (no representados). Esto permite la
medición incremental de la rotación en deslizamiento de la
plataforma 14.
Los medios de control en posición del espejo 42
alrededor del eje horizontal 44 permiten un barrido en situación de
la escena 4 y comprenden un brazo de transmisión 224 que une el
espejo galvanométrico 42 a un escáner galvanométrico 226, de tipo
clásico. El brazo de transmisión 224 está fijado a la placa 15 por
intermedio de primeros medios 228 de regulación del eje de rotación
44 y permite la transmisión al espejo 42 de la rotación alrededor
del eje 44, mandada por el escáner galvanométrico 226.
Estos primeros medios de regulación 228 se
detallarán más adelante, refiriéndose a la figura 6.
Así, el espejo galvanométrico 42 es a la vez
controlado en posición alrededor del eje horizontal 44 por medio
del escáner galvanométrico 226, y controlado en posición alrededor
del eje vertical 16, por medio del motor 200.
Por otra parte, la montura 19 está fijada a la
placa 15, por intermedio de segundos medios 229 de regulación del
eje óptico 36.
Estos segundos medios de regulación están
detallados más adelante, refiriéndose a la figura 7.
Los primeros medios de regulación 228
representados en la figura 6 comprenden una cuna 230 formada por una
porción de corona vertical cuyo centro está colocado en el eje
vertical 16, en el punto O situado en el centro del espejo
galvanométrico 42. La cuna 230 desliza en rotación sobre un soporte
de cuna 232 de igual radio, de eje hueco, alrededor de un eje
horizontal 233, perpendicular al eje 16 y al eje 44, paralelo a la
placa 15 y que pasa por O. El soporte de cuna 232 está fijado a la
placa 15.
El brazo de transmisión 224 está montado, libre
en rotación alrededor de su eje, en el interior de un manguito 233
solidario de la cuna 230.
La rotación de la cuna 230 alrededor del eje
horizontal 223 dentro del soporte de cuna 232 provoca la rotación
alrededor de este mismo eje del conjunto constituido por el espejo
galvanométrico 42, el manguito 233, el brazo de transmisión 224 y
el escáner galvanométrico 226, montado en esta cuna 230.
Los segundos medios de regulación 229
representados en vista desde arriba en la figura 7 comprenden una
cuna 234 formada por una porción de corona horizontal cuyo centro
está situado en el eje vertical 16.
La cuna 234 desliza en rotación sobre un soporte
de cuna 236 de igual radio, alrededor de un eje perpendicular al
eje 44 y en el plano que contiene al eje vertical 16. Este soporte
de cuna 236 está fijado a la placa 15.
La rotación alrededor de este eje de cuna 234
provoca la rotación de la montura 19 y, por tanto, del eje óptico
36 alrededor de ese mismo eje.
Así, los medios de regulación 228 y 229 permiten
la regulación del eje óptico 36 y del eje 44 de rotación del espejo
galvanométrico 42, por compensación de imperfecciones de
construcción, tales como, por ejemplo, el montaje impreciso del
espejo galvanométrico 42 en el brazo 224 destinado a arrastrarle en
rotación.
Así, los medios de barrido pueden facilitar un
barrido rigurosamente plano.
Refiriéndose a la figura 8, el receptor
fotosensible 46 está asociado a medios 300 de reducción de la
dinámica de la señal facilitada a la salida de este receptor
fotosensible 46. Estos medios 300 están integrados en la parte
electrónica 12 de la figura 1.
En efecto, el receptor fotosensible 46 comprende
un fotodiodo de avalancha que facilita a la salida una corriente
cuya intensidad depende directamente de la energía del haz láser que
ha recibido.
Los medios 300 de reducción de la dinámica
comprenden un amplificador transimpedancia 302 que facilita a la
salida una señal eléctrica cuya tensión es proporcional a la
intensidad de la corriente facilitada en la entrada por el
fotodiodo de avalancha. Esta señal eléctrica es transmitida a un
atenuador de tensión programable 304 asociado de manera clásica a
medios de programación 306.
Los medios 300 de reducción de la dinámica
comprenden, además, dos amplificadores de ganancia fija 308
dispuestos en serie, a la salida del atenuador 304. El número de
amplificadores 308 puede ser diferente de dos.
La señal eléctrica facilitada a la salida de los
amplificadores de ganancia fija 308 alimenta un circuito de
adaptación de impedancia 310, de tipo clásico. Este circuito de
adaptación de impedancia 310 comprende, por ejemplo, dos
resistencias 312, de 50 Ohmios cada una.
La señal eléctrica facilitada a la salida de
este circuito de adaptación de impedancia 310 alimenta medios 314
de medición del "tiempo de vuelo" del haz láser implementados
en un circuito integrado. Estos medios de medición 314 son de tipo
clásico. Estos son, por ejemplo, del tipo descrito en la patente
francesa nº 94 11 847 del Comisariado de la Energía Atómica. Estos
están especialmente adaptados para facilitar a los medios de
programación un valor digital de la energía de la señal que les es
transmitida por el circuito de adaptación de impedancia
310.
310.
Los medios de programación 306 determinan y
regulan la ganancia del atenuador 304 en un valor inversamente
proporcional a este valor digital facilitado por los medios de
medición 314 del "tiempo de vuelo", para facilitar a la salida
del atenuador 304, una señal cuya tensión es constante cualquiera
que sea la energía del haz láser recibido por el fotodiodo 46.
Refiriéndose a la figura 9, una sonda de
temperatura 316 de tipo clásico está dispuesta en la proximidad del
fotodiodo 46. La tensión correspondiente a la temperatura medida por
esta sonda 316 es transmitida a un convertidor
analógico-digital 318 de tipo clásico, para
transmitir un valor digital de esta temperatura a un calculador 320
por intermedio de un bus 322 de transmisión de datos.
En retorno, el calculador 320 transmite por
intermedio del bus 322, un coeficiente multiplicador a un
convertidor digital-analógico multiplicador 324 y
un valor digital de consigna a un convertidor
digital-analógico 326.
El coeficiente multiplicador depende de la
naturaleza de la sonda de temperatura 316 y de la naturaleza del
fotodiodo 46, pero es independiente de la temperatura medida por la
sonda 316, mientras que el valor digital de consigna facilitado al
convertidor 326 depende de la temperatura medida por la sonda 316 y
corresponde a un valor de ganancia predeterminado del fotodiodo 46,
a una temperatura dada. Este valor de ganancia es facilitado, por
ejemplo, por una tabla de datos accesible de modo clásico por el
calculador 320.
De modo clásico, el convertidor
digital-analógico multiplicador 324 comprende una
entrada de referencia y una entrada digital. Éste recibe, en su
entrada de referencia, la tensión correspondiente a la temperatura
medida por la sonda 316 y en su otra entrada digital, el coeficiente
multiplicador.
Éste facilita una tensión de corrección cuyo
valor es igual al producto del coeficiente multiplicador por la
tensión correspondiente a la temperatura medida por la sonda
316.
Un amplificador sumador 328 recibe en la entrada
esta tensión de corrección, así como una tensión de consigna
facilitado a la salida del convertidor
digital-analógico 326 y, por tanto, asociado
directamente al valor digital de consigna facilitado por el
calculador 320.
Este amplificador sumador 328 facilita en salida
una tensión de mando igual la suma de la tensión de corrección y
de la tensión de consigna. Este valor de tensión permite mantener
una ganancia constante del fotodiodo 46, independientemente de las
variaciones de temperatura.
La tensión de mando es aplicada entonces a
medios 330 de alimentación del fotodiodo 46, de tipo clásico, para
regular la tensión de polarización del fotodiodo 46 de acuerdo con
la tensión de mando facilitada por el amplificador sumador 328.
En la parte electrónica 12 del dispositivo
anteriormente descrito, se pone en práctica un procedimiento de
designación de una zona de interés en la escena 4.
En una primera etapa, se procede al
reconocimiento tridimensional de un conjunto de puntos de la escena
4.
En una segunda etapa, se procede al
almacenamiento en la parte electrónica 12, de las coordenadas
esféricas del conjunto de los puntos reconocidos. Estas coordenadas
comprenden la distancia entre el centro O del espejo galvanométrico
42 y el spot 52, un ángulo que mide la orientación en deslizamiento
del haz láser a la salida de los medios de barrido y un ángulo que
mide la orientación en situación de este mismo haz láser.
En una tercera etapa, se modeliza y/o se
visualiza el citado conjunto de puntos.
En una etapa siguiente, en este conjunto de
puntos modelado y/o visualizado, se selecciona un subconjunto
constituido por al menos un punto del citado conjunto, que define la
citada zona de interés.
Finalmente, en una última etapa, se gobiernan
los medios de barrido 14, 42, 200, 202, 204, 206, 210, 212, 224,
226, así como el emisor 20, para que el spot 52 creado en la escena
4 por el haz láser designe sucesivamente, al menos, una parte del
subconjunto seleccionado correspondiente a la citada zona de
interés.
Esta zona de interés está constituida por un
conjunto de puntos que no están necesariamente unidos.
Se ve claramente que la invención, ilustrada en
el ejemplo descrito anteriormente, permite crear un dispositivo de
reconocimiento tridimensional capaz de efectuar mediciones que se
extienden en una gama importante de distancias, compensando el
efecto de dinámica debido a la energía del haz retrodifundido
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre el spot
52 y el dispositivo 2, por una gran focal de los medios de
focalización, al tiempo que presenta dimensiones reducidas.
Una segunda ventaja del dispositivo
anteriormente descrito es compensar con la ayuda de un espejo
esférico dispuesto fuera de eje con respecto al haz láser emitido y
retrodifundido, las deformaciones de la superficie de onda del haz
provocadas por la lámina separadora 32, para que la imagen del spot
52 a nivel del receptor fotosensible 46 sea circular.
Otra ventaja del dispositivo anteriormente
descrito, es compensar las deformaciones de la superficie de onda
del haz provocadas por el espejo esférico 38, en la trayectoria de
ida del haz láser, entre el emisor láser 20 y la escena 4, con la
ayuda de una lámina prismática 24 dispuesta entre el emisor láser 20
y la lámina separadora 32.
Otra ventaja del dispositivo anteriormente
descrito, es permitir, gracias a una pastilla semirreflectante
dispuesta en la lámina separadora 32, efectuar mediciones, incluso
cuando el spot está muy próximo al dispositivo de reconocimiento
tridimensional.
Otra ventaja del dispositivo anteriormente
descrito, es compensar la dinámica importante de los haces láser
retrodifundidos por la escena 4, ligada a la indicadora de difusión
de la citada escena 4, gracias a medios de reducción de la dinámica
de la señal facilitada a la salida del receptor fotosensible 46.
Otra ventaja del dispositivo anteriormente
descrito, es permitir un barrido en deslizamiento que puede llegar
a ser de 360º, permitiendo al mismo tiempo el paso de conexiones
eléctricas entre la parte electrónica y la parte optomecánica del
dispositivo, gracias a medios de barrido que comprenden una
plataforma perforada por una abertura
axial.
axial.
Otra ventaja del dispositivo anteriormente
descrito es permitir un barrido plano de la escena 4 y, por tanto,
evitar deformaciones de un conjunto de puntos reconocidos en la
escena 4, gracias a medios de regulación de los medios de control
en posición del espejo galvanométrico 42 y a medios de regulación
del eje de recepción del haz láser.
Otra ventaja del dispositivo anteriormente
descrito es facilitar una buena resolución espacial de la medición
en el blanco, gracias a un conjunto de focalización automática del
haz láser emitido por el emisor 20.
Finalmente, otra ventaja del dispositivo
anteriormente descrito es poner en práctica un procedimiento que
permite designar, en el sistema de referencia del dispositivo 2, una
zona de interés en la escena 4, por medio del haz láser, no siendo
esta zona de interés necesariamente accesible por un operador o
fácilmente materializable.
Este procedimiento puede aplicarse, por ejemplo,
para designar el trazado de un recorte que hay que realizar en una
tubería.
Claims (29)
1. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de una escena (4), que comprende un emisor láser (20), medios de
barrido (14, 42, 200, 202, 204, 206, 210, 212, 224, 226) según un
primero y un segundo ejes de rotación (16, 44) para barrer la
escena (4) con la ayuda de un haz láser emitido por el emisor láser
(20), un receptor fotosensible (46) de una imagen de un spot (52)
creado por el haz láser en la escena (4), medios (38, 50) de
focalización del haz láser retrodifundido por la escena (4) hacia el
receptor fotosensible (46), primeros medios (214, 226) de medición
de la orientación del haz a la salida de los medios de barrido (14,
42, 200, 202, 204, 206, 210, 212, 224, 226), y segundos medios (24,
28, 32, 34, 48, 314) de medición por telémetro láser de la
distancia entre el dispositivo y el spot, comprendiendo los citados
segundos medios de medición una lámina separadora (32) de los haces
emitido y retrodifundido por la escena (4), comprendiendo los
citados medios de barrido (14, 42, 200, 202, 204, 206, 210, 212,
224, 226), al menos, un espejo (42) dispuesto en la trayectoria de
los haces láser emitido y retrodifundido, entre los medios de
focalización (38, 50) y la escena (4), caracterizado porque
los medios de focalización (38, 50) comprenden un sistema óptico
convergente (38) que compensa el astigmatismo introducido por la
lámina separadora (32) asociado a un sistema óptico divergente (50)
de aumento de la distancia focal del sistema óptico convergente
formando así un teleobjetivo.
2. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el
sistema óptico convergente (38) comprende un espejo esférico
dispuesto fuera de eje con respecto al haz láser emitido y
retrodifundido.
3. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado
porque los segundos medios de medición comprenden, dispuesta entre
el emisor láser (20) y la lámina separadora (32), una lámina
prismática (24) de compensación de las deformaciones de la
superficie de onda del haz emitido provocadas por el espejo
esférico (38) fuera de eje.
4. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los segundos medios
de medición comprenden, además, medios (24, 28, 314) de medición del
instante de emisión del haz láser y medios (48, 314) de medición
del instante de recepción por el receptor fotosensible (46) del haz
retrodifundido por la escena (4), caracterizado porque los
medios de medición del instante de emisión del haz láser comprenden
una fibra óptica (28) que recibe una parte del haz láser reflejada
fuera de eje por la lámina prismática (24) y que la transmite a un
receptor fotosensible (29).
5. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque el sistema óptico divergente (50)
comprende una lente divergente dispuesta en la trayectoria del haz
retrodifundido, entre la lámina separadora (32) y el receptor
fotosensible (46).
6. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque la lámina separadora (32) comprende una
pastilla semirreflectante (34) de reducción de la dinámica de la
energía del haz láser retrodifundido por la escena (4) y recibido
por el receptor fotosensible (46).
7. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque el receptor fotosensible (46) comprende
un fotodiodo, y porque este fotodiodo de avalancha está asociado a
medios (330) de compensación de temperatura.
8. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los
medios (330) de compensación de temperatura comprenden una sonda de
temperatura (316) y son medios de regulación de la tensión de
polarización del receptor fotosensible (46), en función de la
temperatura medida por esta sonda (316).
9. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque los medios de barrido (14, 42, 200, 202,
204, 206, 210, 212, 224, 226) comprenden un espejo plano (42) y
medios de control (14, 200, 202, 206, 224, 226) de la posición de
este espejo alrededor de cada uno de los citados primero y segundo
ejes de rotación (16, 44) de los citados medios de barrido.
10. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende una parte
optomecánica (10) y una parte electrónica (12), caracterizado
porque el primer eje de rotación (16) es un eje de rotación en
deslizamiento, y porque los medios de control (14, 200, 202, 206)
alrededor de este eje, comprenden una plataforma (14) arrastrada en
rotación alrededor de este eje por un motor paso a paso (200) y
perforada por una abertura axial (18) para el paso de medios de
conexión eléctrica (18a) entre elementos de la parte optomecánica
(10) y elementos de la parte electrónica.
11. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la
plataforma (14) está dispuesta sobre una corona fija (204) por
intermedio de medios (212) de rodamiento de bolas sobre anillo de
sujeción, dispuestos entre la plataforma (14) y la corona fija
(204).
12. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el
motor paso a paso (200) está dispuesto debajo de la corona fija
(204) en la periferia de ésta y está asociado a un piñón (206) de
arrastre de la plataforma (14) en rotación alrededor del primer eje
(16), por intermedio de una correa dentada (210) llevada por la
plataforma (14).
13. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12,
caracterizado porque el segundo eje de rotación (44) es un
eje de rotación en situación, y porque los medios de control (224,
226) alrededor de este eje comprenden un brazo de transmisión (224),
cuyo eje está fijado con respecto a la plataforma (14), que une el
espejo (42) a un escáner galvanométrico (226) de arrastre en
rotación del espejo (42) alrededor del citado segundo eje (44).
14. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13,
caracterizado porque los primeros medios de medición (214,
226) comprenden un codificador óptico incremental anular (214) de
medición de la orientación del haz en deslizamiento, llevado por la
plataforma (14).
15. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el
codificador óptico (214) es solidario de la corona fija (204) y está
provisto de una parte móvil (222) solidaria de la plataforma
(14).
16. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15,
caracterizado porque comprende, además, un conjunto (22) de
focalización automática del haz láser emitido por el emisor láser
(20) y medios de fijación (96, 98, 100, 108) del emisor láser (20)
al conjunto (22).
17. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque
los citados medios de fijación (96, 98, 100, 108) comprenden una
placa soporte (96) que lleva el emisor láser (20) y fijada al
conjunto (22) de focalización automática por medio de tornillos
(100) introducidos en agujeros axiales (102) de mayor diámetro
practicados en la placa soporte (96), y tornillos (106) de
regulación radial del emisor láser (20) en el conjunto (22) de
focalización automática.
18. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 y 17,
caracterizado porque el conjunto (22) de focalización
automática del haz láser comprende, al menos, una lente divergente
(60, 62) dispuesta en el eje de emisión (26) del haz láser, una
lente convergente (64) dispuesta igualmente en el eje de emisión
(26) y medios (78, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130) de
desplazamiento relativo de la lente convergente (64) y de la lente
divergente (60, 62) a lo largo del eje de emisión (26).
19. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque
los citados medios (78, 118, 120, 122, 124, 126, 130) de
desplazamiento relativo comprenden un manguito (78) que soporta la
lente convergente (64) alrededor del cual está fijada una membrana
flexible (120) y medios (118, 124, 126, 128, 130) de accionamiento
de la membrana (120) con miras al desplazamiento del citado manguito
(78), a lo largo del eje (26).
20. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque
los medios (118, 124, 126, 128, 130) de accionamiento de la membrana
flexible (120) comprenden un generador de corriente (124) y una
bobina (118), alimentada de corriente por el generador de corriente
(124) fijada a la membrana flexible (120) y dispuesta en el
entrehierro de un núcleo magnético (112), alrededor del eje de
emisión (26).
21. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado
porque los medios (118, 124, 126, 128, 130) de accionamiento de la
membrana flexible (120) comprenden medios (126) de comparación
entre la posición detectada de la lente convergente (64) y la
posición deseada de la lente convergente (64) a lo largo del eje
(26) que comprenden medios de activación del generador de corriente
(124) en función de esta diferencia.
22. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 21,
caracterizado porque el conjunto (22) de focalización
automática comprende medios (128, 130) ópticos de detección de la
posición de la lente convergente (64) en el eje de emisión (26).
23. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 22,
caracterizado porque comprende medios de regulación (228) de
los medios de control en posición del espejo galvanométrico (42)
alrededor del eje (44) de rotación en situación y medios de
regulación (229) del eje (36) de recepción del haz alrededor del
eje (16) de rotación en deslizamiento.
24. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque
los medios de regulación (228) de los medios de control en posición
del espejo galvanométrico (42) y los medios (229) de regulación del
eje (36) de recepción del haz, comprenden, cada uno, una cuna (230,
234) formada por una porción de corona y cada uno un soporte de
cuna correspondiente (232, 236) dentro del cual la cuna desliza en
rotación alrededor del eje de la citada corona.
25. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque el
eje de rotación de la cuna (230) de los medios de regulación (228)
de los medios de control en posición del espejo galvanométrico es
perpendicular al eje (44) de rotación en situación y al eje (16) de
rotación en deslizamiento, y porque el eje de rotación de la cuna
(234) de los medios de regulación (229) del eje (36) de recepción
es perpendicular al eje (44) de rotación en situación y está en un
plano vertical que contiene al eje (16) de rotación en
deslizamiento, siendo los citados ejes de rotación de las cunas
(230, 234) secantes en el centro del espejo (42).
26. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25,
caracterizado porque comprende, además, medios (300) de
reducción de la dinámica de la señal facilitada a la salida del
receptor fotosensible (46).
27. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque
los medios (300) de reducción de la dinámica de la señal comprenden
un atenuador de tensión (304) de ganancia programable y un conjunto
(308) de amplificación de ganancia fija a la salida de este
atenuador (304).
28. Dispositivo de reconocimiento tridimensional
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27,
caracterizado porque los medios (24, 28, 32, 34, 48, 314) de
medición de la distancia entre el dispositivo y el spot comprenden
un circuito integrado (314) de medición del "tiempo de vuelo"
del haz láser.
29. Procedimiento de designación de una zona de
interés en una escena (4) puesto en práctica en un dispositivo de
reconocimiento tridimensional de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 28, que comprende las etapas siguientes:
- el reconocimiento tridimensional de un
conjunto de puntos de la escena (4);
- el almacenamiento (12) de las coordenadas del
conjunto de puntos reconocidos;
- la modelación y/o visualización del citado
conjunto de puntos;
caracterizado porque comprende, además,
las etapas siguientes:
- la selección de un subconjunto de al menos un
punto del citado conjunto, que define la citada zona de interés,
y
- el gobierno de los medios de barrido (14, 42,
200, 202, 204, 206, 210, 212, 224, 226) y del emisor (20) para que
el spot (52) creado en la escena (4) por el haz láser designe
sucesivamente, al menos, una parte de los puntos del subconjunto
seleccionado correspondiente a la citada zona de interés.
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