FR2618893A1 - Improvements to apparatuses for shape recognition and/or position detection of an object in space - Google Patents
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Abstract
Description
Perfectionnements apportés aux pareils de reconnaissance de forme et/ou de détection de position d'un obiet dans l'esDace. Improvements brought to the like of shape recognition and / or position detection of an object in esDace.
La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils de reconnaissance de la forme et/ou de détection de la position d'un objet dans l'espace, à distance et sans contact. The present invention relates to improvements made to devices for recognizing the shape and / or detecting the position of an object in space, remotely and without contact.
Un appareil de mesure stéréométrique connu est représenté schématiquement à la figure 1. Cet appareil, désigné dans son ensemble par la référence numérique 1, comporte de façon essentielle r d'une part, une partie 2 émettrice de lumière cohérente incluant une source laser de lumière cohérente 3, un modulateur de lumière cohérente 4, des moyens mobiles 5 pour déplacer le faisceau de lumière modulée 6 sur la surface de l'objet 7 à étudier et des moyens 8 de mesure du déplacement desdits moyens mobiles, d'autre part une partie réceptrice 9 apte à detecter la lumière 10 réfléchie par la surface de l'objet 7 ainsi éclairé et, d'autre part enfin, des moyens il de traitement des informations lumineuses émises et reçues et des informations de mesure de déplacement pour fournir des données relatives notamment à la distance de l'objet 7 par rapport à l'appareil 1 et/ou à la forme de l'objet 7. A known stereometric measuring device is shown diagrammatically in FIG. 1. This device, designated as a whole by the reference numeral 1, essentially comprises r on the one hand, a part 2 emitting coherent light including a laser light source coherent 3, a coherent light modulator 4, mobile means 5 for moving the beam of modulated light 6 on the surface of the object 7 to be studied and means 8 for measuring the displacement of said mobile means, on the other hand part receiver 9 able to detect the light 10 reflected by the surface of the object 7 thus illuminated and, secondly, finally, means 11 for processing the light information transmitted and received and displacement measurement information to provide relative data in particular the distance of the object 7 from the device 1 and / or the shape of the object 7.
Un appareil de mesure stéréométrique du type précité permet (voir fig 2) la mesure du site ssp et de l'azimuth < ip du faisceau lumineux émis ainsi que le site et et l'azimuth ac du faisceau lumineux incident, données à partir desquelles, connaissant la longueur de la base B de mesure (distance séparant l'émetteur du récepteur), il est possible de calculer les coordonnées de chaque point de mesure de l'objet 7 et donc d'en déduire les informations souhaitées quant à la position dans l'espace de l'objet 7 par rapport a' l'appareil 1 et/ou la forme de l'objet 7. A stereometric measuring device of the aforementioned type makes it possible (see FIG. 2) to measure the site ssp and the azimuth <ip of the light beam emitted as well as the site and and the azimuth ac of the incident light beam, data from which, knowing the length of the measurement base B (distance separating the transmitter from the receiver), it is possible to calculate the coordinates of each measurement point of the object 7 and therefore to deduce therefrom the desired information as to the position in the space of the object 7 relative to the device 1 and / or the shape of the object 7.
En pratique, il n'est besoin que de connaitre trois des quatre paramètres ci-dessus. Par exemple l'angle ac peut être mesuré dans la partie réceptrice, par exemple à l'aide d'un photodétecteur centroide donnant des signaux électriques proportionnels à la position de la tache lumineuse dans le plan image ; dans ce cas, dans la partie émettrice seuls les angles p et sont à évaluer pour chaque point de mesure à l'aide des susdits moyens de mesure 8. Ou bien, les angles c et ssc sont mesurés dans la partie réceptrice, comme indiqué précédemment et, dans la partie émettrice, seul l'angle ap est à mesurer à l'aide des moyens de mesure 8. In practice, you only need to know three of the four parameters above. For example, the angle ac can be measured in the receiving part, for example using a centroid photodetector giving electrical signals proportional to the position of the light spot in the image plane; in this case, in the transmitting part only the angles p and are to be evaluated for each measuring point using the above measuring means 8. Or, the angles c and ssc are measured in the receiving part, as indicated above and, in the emitting part, only the angle ap is to be measured using the measuring means 8.
L'invention a essentiellement pour but de fournir des moyens perfectionnés permettant de mesurer l'angle de site p et/ou l'angle d'azimuth p du faisceau lumineux émis en direction de l'objet 7 avec la précision la plus élevée possible compte tenu des possibilités offertes par la technologie actuelle, tout en restant dans le cadre de la réalisation d'un appareil compact, simple et si possible peu coûteux. The object of the invention is essentially to provide improved means for measuring the site angle p and / or the azimuth angle p of the light beam emitted towards the object 7 with the highest possible accuracy. given the possibilities offered by current technology, while remaining within the framework of the realization of a compact, simple and if possible inexpensive device.
A ces fins, l'appareil conforme à l'invention se caractérise essentiellement en ce que les moyens de mesure de l'angle de site ou de l'angle d'azimuth du faisceau lumineux comprennent un miroir à deux faces réfléchissantes monté à pivotement autour d'un axe de rotation ayant une direction prédéterminée et apte à pivoter autour de cet axe sous la commande de moyens de commande, une première face de ce miroir recevant le faisceau principal de lumière cohérente modulée et le réfléchissant en direction de l'objet et l'autre face de ce miroir recevant un faisceau lumineux secondaire et le réfléchissant sur un détecteur opto-électronique agencé pour fournir au moins un signal électrique contenant les informations de position angulaire en azimuth ou en site du faisceau de lumière, et donc du point de mesure situé sur la surface, et de vitesse de balayage. For these purposes, the apparatus according to the invention is essentially characterized in that the means for measuring the elevation angle or the azimuth angle of the light beam comprise a mirror with two reflecting faces pivotally mounted around an axis of rotation having a predetermined direction and capable of pivoting about this axis under the control of control means, a first face of this mirror receiving the main beam of modulated coherent light and reflecting it towards the object and the other face of this mirror receiving a secondary light beam and reflecting it on an opto-electronic detector arranged to provide at least one electrical signal containing the information of angular position in azimuth or in elevation of the light beam, and therefore of the point of measurement located on the surface, and scanning speed.
Avantageusement, un appareil conforme à l'inven tion agencé pour mesurer l'angle de site et d'azimuth du faisceau lumineux émis par la partie émettrice se caractérise en ce que les moyens de mesure comprennent - un premier miroir à deux faces réfléchissantes monté à pivotement autour d'un axe de rotation ayant une direction prédéterminée et apte à pivoter autour de ce premier axe sous la commande de premiers moyens de commande, une première face de ce miroir recevant et réfléchissant le faisceau principal de lumière cohérente modulée et l'autre face de ce miroir recevant un premier faisceau lumineux secondaire et le réfléchissant sur un premier détecteur opto-électronique agencé pour fournir au moins un signal électrique contenant les informations de position angulaire en azimuth du faisceau lumineux et de vitesse de balayage en azimuth, - et un second miroir à deux faces réfléchissantes monté à pivotement autour d'un second axe de-rotation ayant une direction prédéterminée sensiblement perpendiculaire à la susdite direction prédéterminée du premier axe de rotation du premier miroir et apte à pivoter autour-de ce second axe sous la commande de seconds moyens de commande, une première face de ce miroir recevant le faisceau principal de lumière cohérente modulée réfléchie par le susdit premier miroir et le réfléchissant en vers l'objet et l'autre face de ce miroir recevant un second faisceau lumineux secondaire et le réfléchissant sur un second détecteur électro-optique. Advantageously, an apparatus in accordance with the invention arranged for measuring the angle of elevation and azimuth of the light beam emitted by the emitting part is characterized in that the measuring means comprise - a first mirror with two reflecting faces mounted at pivoting about an axis of rotation having a predetermined direction and capable of pivoting around this first axis under the control of first control means, a first face of this mirror receiving and reflecting the main beam of modulated coherent light and the other face of this mirror receiving a first secondary light beam and reflecting it on a first opto-electronic detector arranged to supply at least one electrical signal containing the information of angular position in azimuth of the light beam and of scanning speed in azimuth, - and a second mirror with two reflecting faces pivotally mounted about a second axis of rotation having a predetermined direction sensiblemen t perpendicular to the above-mentioned predetermined direction of the first axis of rotation of the first mirror and able to pivot around this second axis under the control of second control means, a first face of this mirror receiving the main beam of modulated coherent light reflected by the aforesaid first mirror and reflecting it towards the object and the other face of this mirror receiving a second secondary light beam and reflecting it on a second electro-optical detector.
Dans un souci de simplification de la structure de l'appareil, le ou les faisceaux lumineux secondaires sont des faisceaux de lumière cohérente dérivés du faisceau principal de lumière cohérente
De préférence, le ou les détecteurs optoélectroniques comprennent au moins une rangée de photorécepteurs fournissant un ensemble de signaux électriques représentatifs de la rotation du miroir correspondant autour de son axe de rotation.For the sake of simplification of the structure of the apparatus, the secondary light beam or beams are beams of coherent light derived from the main beam of coherent light
Preferably, the optoelectronic detector or detectors comprise at least one row of photoreceptors supplying a set of electrical signals representative of the rotation of the corresponding mirror about its axis of rotation.
Pour accroitre la précision de l'appareil, on envisage dans ce cas la possibilité de lui faire comporter des moyens de calcul pour déterminer par interpolation des valeurs d'expositions angulaires en azimuth ou en site entre deux positions détectées par deux photorécepteurs consécutifs. In order to increase the precision of the device, the possibility is envisaged in this case of making it include calculation means for determining by interpolation of the values of angular exposures in azimuth or in elevation between two positions detected by two consecutive photoreceptors.
De façon souhaitable, les moyens de commande en rotation des miroirs sont des galvanomètres. Desirably, the means for controlling the rotation of the mirrors are galvanometers.
Grâce aux dispositions prévues conformément à l'invention, il est possible de réaliser un appareil compact, sûr et précis permettant de mesurer les valeurs des deux angles de site et/ou d'azimuth du faisceau de lumière cohérente, et donc d'en déduire les coordonnées spatiales du point de la surface de l'objet éclairé par le faisceau. En outre, le système procure une répétabilité excellente de la figure de balayage et pour chaque ligne de balayage il autorise un recalage de position initiale et de vitesse des moyens de balayage. A titre d'exemple, avec une base de l'ordre de 25 cm, il est possible de déterminer la distance d'un point d'un objet éloigné d'environ 25 à 50 cm de l'appareil 1 avec une précision de 0,5 mm. Thanks to the arrangements provided in accordance with the invention, it is possible to produce a compact, safe and precise device making it possible to measure the values of the two angles of elevation and / or azimuth of the coherent light beam, and therefore to deduce the spatial coordinates of the point on the surface of the object illuminated by the beam. In addition, the system provides excellent repeatability of the scanning pattern and for each scanning line it allows a reset of the initial position and speed of the scanning means. For example, with a base of the order of 25 cm, it is possible to determine the distance from a point of an object distant from about 25 to 50 cm from the device 1 with an accuracy of 0 , 5 mm.
L'invention sera mieux comprise à la'lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, description dans laquelle on se réfère à la fig. 3 des dessins ci-annexés qui représente, de façon schématique, un émetteur de lumière cohérente agencé conformément à l'invention et destiné à équiper un appareil tel que celui de la fig. 1, cet émetteur étant à titre d'exemple agencé pour une mesure des angles de site et d'azimuth du faisceau lumineux émis. The invention will be better understood on reading the following detailed description of a preferred embodiment given solely by way of nonlimiting example, description in which reference is made to FIG. 3 of the accompanying drawings which shows, schematically, a coherent light emitter arranged in accordance with the invention and intended to equip an apparatus such as that of FIG. 1, this transmitter being by way of example arranged for a measurement of the elevation and azimuth angles of the light beam emitted.
Sur la fig. 3 (sur laquelle les éléments identiques à ceux de la fig. 1 sont désignés à l'aide des mêmes références numériques), la source laser 3 émet un faisceau de lumière cohérente 12 qui, après avoir traversé un élément optique à réflexion partielle ou fenêtre 13, parvient dans le modulateur 4.Le faisceau principal de lumière cohérente modulée 14 fourni par celui-ci traverse un autre élément optique à réflexion partielle ou fenêtre 15, et, après diverses réflexions sur des miroirs 16, 17, 18 et la traversée d'une lentille de focalisation 19, parvient sur la première face d'un miroir à double face 20 ; il subit là une réflexion le renvoyant sur la première face d'un autre miroir à double face 21 sur laquelle il subit une dernière réflexion et le faisceau principal 6 ainsi réfléchi est le faisceau de sortie de la partie émettrice qui est dirigé sur l'objet 7. In fig. 3 (on which the elements identical to those of FIG. 1 are designated using the same reference numerals), the laser source 3 emits a beam of coherent light 12 which, after having passed through an optical element with partial reflection or window 13, arrives in the modulator 4. The main beam of modulated coherent light 14 supplied by it crosses another optical element with partial reflection or window 15, and, after various reflections on mirrors 16, 17, 18 and the crossing of 'a focusing lens 19, reaches the first face of a double-sided mirror 20; there it undergoes a reflection returning it to the first face of another double-sided mirror 21 on which it undergoes a final reflection and the main beam 6 thus reflected is the output beam of the emitting part which is directed on the object 7.
Les miroirs à double face 20 et 21 sont des miroirs qui sont montés pivotants sur des axes mutuellement orthogonaux respectivement z et y et qui sont entrainés en pivotement autour de ces axes par des galvanomètres 22 et 23 respectivement. Les commandes de position des miroirs 20 et 21 permettent de régler le- faisceau modulé 6 respectivement en azimuth et en site, et donc d'effectuer un balayage de la surface de l'objet 7 par le faisceau 6. The double-sided mirrors 20 and 21 are mirrors which are pivotally mounted on mutually orthogonal axes respectively z and y and which are pivotally driven around these axes by galvanometers 22 and 23 respectively. The position controls of the mirrors 20 and 21 make it possible to adjust the modulated beam 6 respectively in azimuth and in elevation, and therefore to perform a scanning of the surface of the object 7 by the beam 6.
Le faisceau secondaire 24 de lumière cohérente réfléchi par la fenêtre 13 est dirigé, par des lentilles 25a et 25k et un miroir 26, sur la seconde face du second miroir à double face 21 où elle est réfléchie sur un dispositif détecteur opto-électronique 27 sous forme d'une barrette, par exemple du type comportant une juxtaposition de récepteurs opto-électroniques reliés à un circuit électronique de traitement des signaux (non représenté) permettant de détecter celui des récepteurs qui est excité par le faisceau et donc de connaitre la position angulaire du miroir 27. Les moyens de calcul permettant en outre la détermination des vitesses de balayage en azimuth et en site et ils sont également agencés pour déterminer par interpolation des valeurs de positions angulaires en azimuth et en site entre deux positions détectées par deux photorécepteurs consécutifs, ce qui permet d'accroitre la précision de l'appareil. The secondary beam 24 of coherent light reflected by the window 13 is directed, by lenses 25a and 25k and a mirror 26, on the second face of the second double-sided mirror 21 where it is reflected on an optoelectronic detector device 27 under shape of a bar, for example of the type comprising a juxtaposition of opto-electronic receivers connected to an electronic signal processing circuit (not shown) making it possible to detect which of the receivers is excited by the beam and therefore to know the angular position of the mirror 27. The calculation means also making it possible to determine the scanning speeds in azimuth and in elevation and they are also arranged to determine by interpolation of the values of angular positions in azimuth and in elevation between two positions detected by two consecutive photoreceptors, which increases the accuracy of the device.
De la même manière, le faisceau secondaire 28 de lumière cohérente réfléchi par la fenêtre 15 est dirigé sur la seconde face du miroir à double face 20 qui le réfléchit sur un détecteur opto-électronique 29 constitué par une photodiode fournissant un signal électrique représentatif de la position angulaire du miroir 20. In the same way, the secondary beam 28 of coherent light reflected by the window 15 is directed on the second face of the double-sided mirror 20 which reflects it on an opto-electronic detector 29 constituted by a photodiode providing an electrical signal representative of the angular position of the mirror 20.
Un choix approprié des récepteurs optoélectroniques 27 et 29 permet d'obtenir une précision aussi élevée que souhaitée sur la détermination des positions angulaires des miroirs 21 et 20, respectivement, et donc sur la détermination des coordonnées spatiales du point de l'objet 7 éclairé par le faisceau 6. An appropriate choice of optoelectronic receivers 27 and 29 makes it possible to obtain a precision as high as desired in determining the angular positions of the mirrors 21 and 20, respectively, and therefore in determining the spatial coordinates of the point of the object 7 illuminated by the beam 6.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged, it embraces, on the contrary, all variants.
Claims (6)
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|---|---|---|---|
| FR8710931A FR2618893B1 (en) | 1987-07-31 | 1987-07-31 | IMPROVEMENTS IN OR RELATING TO SHAPE RECOGNITION AND / OR POSITION DETECTION APPARATUS IN SPACE |
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