FR2664041A1 - LASER SENSOR. - Google Patents
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Abstract
Dans un capteur à laser à deux faisceaux laser de mesure les deux faisceaux de mesure (13b, 14b) sont dirigés dans deux directions différentes et les faisceaux réfléchis sont recueillis par un récepteur commun (30) comportant une optique réceptrice (16a) et un détecteur (16). Les signaux sont exploités dans un circuit d'exploitation (32) qui délivre un signal moyenné (19), dont le signe et la valeur dépendent de la différence de l'intensité réfléchie des deux faisceaux laser de mesure (13b, 14b) des objets éclairés (13a, 14a).In a laser sensor with two measuring laser beams the two measuring beams (13b, 14b) are directed in two different directions and the reflected beams are collected by a common receiver (30) comprising a receiving optic (16a) and a detector (16). The signals are evaluated in an evaluation circuit (32) which delivers an averaged signal (19), the sign and value of which depend on the difference in the reflected intensity of the two measuring laser beams (13b, 14b) of the objects illuminated (13a, 14a).
Description
"Capteur à laser" L'invention concerne un capteur à laser à deux faisceauxThe invention relates to a two-beam laser sensor
laser de mesure auxquels sont associés deux lasers comportant des optiques émettrices et des dispositifs de réception. Les capteurs à laser sont connus sous des formes de réalisation très variées Pour les mesures dans lesquelles on désigne et on mesure simultanément deux objets, l'état de la technique exige jusqu'ici un capteur à laser muni d'un miroir de déviation pour deux directions dans l'espace, ou deux capteurs à laser complets avec des directions dans l'espace fixes En outre, il est connu d'utiliser pour la mesure de distances des capteurs à diode laser-am/cw à redressage measurement laser with which two lasers are associated comprising transmitting optics and receiving devices. Laser sensors are known in a wide variety of embodiments. For measurements in which two objects are designated and measured simultaneously, the state of the art hitherto requires a laser sensor provided with a deflection mirror for two. directions in space, or two complete laser sensors with fixed directions in space In addition, it is known to use for measuring distance laser-am / cw diode sensors with rectification
sensible à la phase à deux canaux. two-channel phase sensitive.
Toutes ces formes de réalisation sont complexes tant du point de vue de la structure et de la fonction que du All of these embodiments are complex both in terms of structure and function and in
point de vue du matériel et du montage. material and assembly point of view.
L'objectif de l'invention est de créer un capteur à laser du type indiqué en introduction, qui ne comporte plus les inconvénients mentionnés de l'état de la technique et n'exige qu'une dépense réduite grâce à l'abandon du miroir de déviation ou des deux capteurs complets, et qui puisse être utilisé malgré tout pour des mesures dans le domaine de la régulation grâce au fait que les signaux de réception provenant des deux objets différents sont combinés en un signal de mesure unique de manière telle, que ce signal de The objective of the invention is to create a laser sensor of the type indicated in the introduction, which no longer has the drawbacks mentioned in the prior art and requires only a reduced expense thanks to the abandonment of the mirror. deviation or two complete sensors, and which can still be used for measurements in the field of regulation thanks to the fact that the reception signals from the two different objects are combined into a single measurement signal in such a way that this signal from
mesure puisse ensuite être utilisé comme signal de réglage. measurement can then be used as an adjustment signal.
Le problème est résolu par le fait que les fais- The problem is solved by the fact that
ceaux laser de mesure sont dirigés dans des directions dans l'espace différentes et un récepteur commun, comportant une optique réceptrice et un détecteur, dont le champ visuel de réception contient les directions dans l'espace des deux faisceaux laser de mesure, est associé aux deux faisceaux de mesure, que les lasers sont modulés de manière périodique au moyen d'un dispositif de modulation avec des signaux de modulation différents, et qu'un circuit d'exploitation monocanal est monté derrière le détecteur, la sortie dudit circuit d'exploitation délivrant un signal de mesure moyenné sur plusieurs périodes de modulation, dont le signe et la valeur dépendent de la différence des intensités réfléchies dans le champ visuel de réception du récepteur par les objets these measurement laser beams are directed in different directions in space and a common receiver, comprising a receiving optic and a detector, the receiving visual field of which contains the spatial directions of the two measurement laser beams, is associated with two measurement beams, that the lasers are modulated periodically by means of a modulation device with different modulation signals, and that a single-channel operating circuit is mounted behind the detector, the output of said operating circuit delivering a measurement signal averaged over several modulation periods, the sign and value of which depend on the difference of the intensities reflected in the visual field of reception of the receiver by the objects
éclairés par les deux faisceaux laser de mesure. illuminated by the two measuring laser beams.
Selon un perfectionnement de l'invention, les lasers sont des diodes laser (am/cw) à émission continue et amplitude modulée, qui sont commandés de manière symétrique par un oscillateur commun comportant deux sorties avec un According to an improvement of the invention, the lasers are laser diodes (am / cw) with continuous emission and modulated amplitude, which are controlled symmetrically by a common oscillator comprising two outputs with a
déphasage de 1800, comme dispositif de modulation. phase shift of 1800, as a modulation device.
Selon un autre perfectionnement de l'invention, le circuit d'exploitation comporte un amplificateur à tension alternative, à l'entrée duquel est appliqué le signal du détecteur, dont le signal de sortie est amené à un redresseur sensible à la phase commandé par l'une des deux sorties de l'oscillateur, et dont le signal de sortie, après passage dans un filtre passe-bas pour le calcul de la moyenne sur plusieurs périodes de modulation, constitue le signal de mesure. Selon un autre perfectionnement de l'invention, la forme et la répartitions des intensités des deux faisceaux laser ainsi que la forme et le pouvoir de réflexion des deux objets sont réciproquement adaptés de manière telle, qu'en cas d'écart de position relative entre le capteur à laser et According to another improvement of the invention, the operating circuit comprises an alternating voltage amplifier, at the input of which the signal from the detector is applied, the output signal of which is supplied to a phase-sensitive rectifier controlled by the one of the two outputs of the oscillator, the output signal of which, after passing through a low-pass filter for calculating the average over several modulation periods, constitutes the measurement signal. According to another improvement of the invention, the shape and the distribution of the intensities of the two laser beams as well as the shape and the power of reflection of the two objects are reciprocally adapted in such a way that, in the event of a relative position difference between the laser sensor and
les objets par rapport à une position théorique prédétermi- objects in relation to a predetermined theoretical position
née, on obtienne comme signal de mesure un signal de réglage sensiblement proportionnel à l'écart par rapport à la born, we obtain as measurement signal an adjustment signal substantially proportional to the deviation from the
position théorique.theoretical position.
Selon un autre perfectionnement de l'invention, les deux diodes à laser (am/cw) sont commandées de manière répétée pendant de brefs instants sans déphasage, de manière symétrique par l'oscillateur et, pendant ces intervalles de temps, la puissance des deux diodes à laser est réglée de According to another improvement of the invention, the two laser diodes (am / cw) are controlled repeatedly for brief moments without phase shift, symmetrically by the oscillator and, during these time intervals, the power of the two laser diodes is set to
manière telle que le signal de réglage de puissance représen- in such a way that the power adjustment signal represents
tant la somme des intensités de réception des deux surfaces as the sum of the reception intensities of the two surfaces
éclairées à la sortie du redresseur soit maintenu constant. lit at the outlet of the rectifier is kept constant.
Selon un autre perfectionnement de l'invention, on commute alternativement entre la mesure et le réglage de puissance de manière telle qu'un laser à diode est commuté au moyen d'un commutateur entre le mode symétrique et le mode commun par rapport à l'autre laser à diode, le signal de mesure disponible à la sortie du filtre passe-bas étant amené à un étage échantillonneur-bloqueur et le signal de mesure qui n'est pas actif étant maintenu à sa dernière valeur avant la commutation, et en ce qu'un discriminateur délivre un signal de commutation vers le réglage de la puissance au According to another improvement of the invention, one alternately switches between the measurement and the adjustment of power so that a diode laser is switched by means of a switch between the symmetrical mode and the common mode with respect to the another diode laser, the measurement signal available at the output of the low-pass filter being brought to a sample-and-hold stage and the measurement signal which is not active being maintained at its last value before switching, and in this that a discriminator delivers a switching signal to the power setting at
commutateur lorsque le signal de mesure appliqué au discrimi- switch when the measurement signal applied to the discrimi-
nateur est sensiblement égal à zéro, le commutateur délivrant is substantially equal to zero, the switch delivering
alors un signal à l'entrée "blocage". then a signal at the "blocking" input.
Il est décrit dans ce qui suit un exemple de réalisation de l'invention qui est représenté sur les figures There is described in the following an embodiment of the invention which is shown in the figures
du dessin.drawing.
La Figure 1 montre un diagramme fonctionnel d'un exemple de réalisation d'un capteur à laser à deux faisceaux de mesure et à récepteur commun représenté de manière schématique. La Figure 2 représente un diagramme fonctionnel d'un circuit de principe d'un exemple de réalisation du Figure 1 shows a functional diagram of an exemplary embodiment of a laser sensor with two measurement beams and a common receiver shown schematically. FIG. 2 represents a functional diagram of a circuit in principle of an exemplary embodiment of the
capteur à laser.laser sensor.
La Figure 3 montre un diagramme fonctionnel d'un circuit de principe pour le réglage de la puissance de l'exemple de réalisation décrit. La figure 4 représente un schéma d'une possibilité d'utilisation du capteur à laser pour le guidage de systèmes Figure 3 shows a functional diagram of a circuit in principle for adjusting the power of the example embodiment described. FIG. 4 represents a diagram of a possibility of using the laser sensor for guiding systems
de transport sans chauffeur.transport without driver.
L'idée générale de la présente invention prévoit, pour résoudre le problème posé, de concevoir un capteur à laser de manière telle, qu'on produit un signal de réglage commun en calculant la différence de deux faisceaux laser de mesure, la structure et le coût se rapprochant plus de ceux The general idea of the present invention provides, to solve the problem posed, to design a laser sensor in such a way that a common adjustment signal is produced by calculating the difference of two measurement laser beams, the structure and the cost closer to those
d'un capteur unique, le capteur ne nécessitant qu'un récep- of a single sensor, the sensor requiring only one reception
teur, une optique réceptrice, un détecteur, un dispositif de sensor, receiving optics, detector, detection device
modulation et un circuit d'exploitation monocanal. modulation and a single-channel operating circuit.
La Figure 1 montre de manière simplifiée cette conception, deux faisceaux laser de mesure 13 b, 14 b de deux lasers 13 et 14, auxquels est associé un modulateur 15, étant dirigé sur les objets 13 a, 14 b dans des directions dans l'espace différentes et un récepteur 30 commun comportant une optique réceptrice 16 a, qui transmet les faisceaux de réception 13 c, 14 c au détecteur 16, étant associé à ces deux faisceaux de mesure réfléchis par les objets Le détecteur a de son côté un champ visuel de réception qui contient les deux directions dans l'espace des faisceaux de mesure 13 b, 14 b Les lasers 13, 14 sont modulés périodiquement au moyen du dispositif de modulation 15 avec des signaux de modulation différents. Dans ce - mode de réalisation, il est prévu comme laser 13, 14 des diodes laser am/cw à émission continue et à amplitude modulée, qui sont commandées en mode symétrique par un oscillateur commun muni de deux sorties avec un déphasage Figure 1 shows in a simplified way this design, two measuring laser beams 13 b, 14 b of two lasers 13 and 14, with which is associated a modulator 15, being directed on the objects 13 a, 14 b in directions in the different spaces and a common receiver 30 comprising a receiving optic 16 a, which transmits the reception beams 13 c, 14 c to the detector 16, being associated with these two measurement beams reflected by the objects The detector has a visual field for its part reception which contains the two directions in the space of the measurement beams 13 b, 14 b The lasers 13, 14 are modulated periodically by means of the modulation device 15 with different modulation signals. In this - embodiment, there is provided as laser 13, 14 laser diodes am / cw with continuous emission and modulated amplitude, which are controlled in symmetrical mode by a common oscillator provided with two outputs with a phase shift
de 1800 (dispositif de modulation 15). from 1800 (modulation device 15).
Un circuit d'exploitation monocanal 32 dont la sortie délivre un signal de mesure 19 moyenné sur plusieurs périodes de modulation est monté derrière le détecteur 16 du récepteur 30 Ce circuit d'exploitation 32 comporte selon la Figure 2 un amplificateur à tension alternative 16 a dont le signal est amené à un redresseur 17 sensible à la phase, qui est commandé par l'une des deux sorties du modulateur 15 (oscillateur) Le signal de sortie de cet oscillateur constitue un signal de mesure 19, après passage à travers un A single-channel operating circuit 32 whose output delivers a measurement signal 19 averaged over several modulation periods is mounted behind the detector 16 of the receiver 30 This operating circuit 32 comprises, according to Figure 2, an alternating voltage amplifier 16 a of which the signal is supplied to a phase-sensitive rectifier 17, which is controlled by one of the two outputs of the modulator 15 (oscillator) The output signal from this oscillator constitutes a measurement signal 19, after passing through a
filtre passe-bas 18 pour le calcul de la moyenne sur plu- low-pass filter 18 for averaging over
sieurs périodes de modulation.several modulation periods.
Dans beaucoup de taches de mesure du domaine de la technique du réglage automatique, il s'agit de mesurer et de régler la position relative entre deux objets 13 a, 14 a et un autre objet lié au capteur à laser 12 En cas d'écart par rapport à la position théorique, on obtient après calcul de la valeur moyenne sur plusieurs périodes de modulation au moyen du filtre passe-bas 18, un signal de réglage 19 dont le signe indique le sens de l'écart correspondant La "perte" du réglage dépend de la valeur absolue des signaux de réception 13 c, 14 c, c'est-à- dire par exemple de l'état (pouvoir de réflexion) du rétro-réflecteur I 1 et de la distance des objets 13 a, 14 a par rapport au capteur 12 Il est proposé, pour compenser ces effets, de commander de manière répétée pendant de brefs instants les deux diodes laser 13, 14 en mode commun, c'est-à-dire sans déphasage Le signal de réglage 19 à la sortie du redresseur 17 représente alors la In many measurement tasks in the field of automatic adjustment technique, it is a question of measuring and adjusting the relative position between two objects 13 a, 14 a and another object linked to the laser sensor 12 In the event of deviation with respect to the theoretical position, after calculation of the average value over several modulation periods by means of the low-pass filter 18, an adjustment signal 19 is obtained, the sign of which indicates the direction of the corresponding deviation The "loss" of the adjustment depends on the absolute value of the reception signals 13 c, 14 c, i.e. for example the state (reflecting power) of the retro-reflector I 1 and the distance of the objects 13 a, 14 a with respect to the sensor 12 It is proposed, to compensate for these effects, to repeatedly control for two short moments the two laser diodes 13, 14 in common mode, that is to say without phase shift The adjustment signal 19 to the output of rectifier 17 then represents the
somme des intensités de réception des deux objets 13 a, 14 a. sum of the reception intensities of the two objects 13 a, 14 a.
Par une adaptation convenable de la forme du faisceau et de By a suitable adaptation of the shape of the beam and
la forme de l'objet, on obtient que cette somme des intensi- the shape of the object, we obtain that this sum of the intensi-
tés soit sensiblement constante pour une plage de déviation autour de la position théorique suffisamment grande Le signal cumulé désigné maintenant 19 a est ensuite maintenu constant par la régulation commune des deux puissances de laser Le circuit comporte les dispositifs 21 à 24 à cet effet Un commutateur 23 commandé par un discriminateur 22 commute pour une condition qui sera décrite plus loin de la mesure du signal de réglage-déviation 19 vers la mesure du signal de puissance laser 19 a Le laser 14 est commuté de la sortie déphasée de 1800 de l'oscillateur 15 vers sa sortie directe à O ', de sorte que les deux lasers 13, 14 ne fonctionnent plus en mode symétrique mais en mode commun Le signal de commutation 23 a indiquant la commutation vers la régulation de la puissance ainsi que le signal cumulé 19 a obtenu des signaux de réception 13 c, 14 c sont amenés à l'unité de réglage de puissance 24 des deux lasers 13, 14 Au cours d'une mesure d'étalonnage, on règle un décalage de ties is substantially constant for a deviation range around the theoretical position sufficiently large The cumulative signal now designated 19 a is then kept constant by the common regulation of the two laser powers The circuit includes the devices 21 to 24 for this purpose A switch 23 controlled by a discriminator 22 switches for a condition which will be described below from the measurement of the adjustment-deviation signal 19 to the measurement of the laser power signal 19 a The laser 14 is switched from the phase-shifted output of 1800 of the oscillator 15 towards its direct output at O ', so that the two lasers 13, 14 no longer operate in symmetrical mode but in common mode The switching signal 23 a indicating the switching towards the regulation of the power as well as the cumulative signal 19 obtained reception signals 13 c, 14 c are supplied to the power adjustment unit 24 of the two lasers 13, 14 During a calibration measurement, r gle an offset
puissance entre les deux lasers tel que le signal de réglage- power between the two lasers such as the adjustment signal-
déviation 19 disparaisse pour la position théorique Ainsi, des répartitions irrégulières des intensités à l'intérieur des deux faisceaux laser 13 a, 14 a sont sans influence, étant donné que celles- ci sont compensées par un décalage de puissance entre les deux lasers 13, 14 Afin de séparer les deux signaux de réglage 19, 19 a, différents, le signal de deflection 19 disappears for the theoretical position Thus, irregular distributions of the intensities inside the two laser beams 13 a, 14 a are without influence, since these are compensated by a power shift between the two lasers 13, 14 In order to separate the two different adjustment signals 19, 19 a, the signal
réglage 19 est envoyé à un étage échantillonneur-bloqueur 21. setting 19 is sent to a sample and hold stage 21.
Le signal de réglage-déviation 19 qui n'est plus actif disponible à sa sortie 21 a est maintenu à sa dernière valeur avant la commutation par le signal de commutation 23 a envoyé par le commutateur 23 à l'entrée "blocage" 21 b et peut ainsi The adjustment-deflection signal 19 which is no longer active available at its output 21 a is maintained at its last value before switching by the switching signal 23 sent by the switch 23 to the "blocking" input 21 b and can so
être utilisé pour la commande du véhicule sans chauffeur 60. be used to control the vehicle without driver 60.
Il est avantageux de n'activer la régulation de la It is advantageous not to activate the regulation of the
puissance que lorsqu'on obtient la position théorique, c'est- power that when we get the theoretical position,
à-dire lorsque le signal de réglage-déviation disparaît. i.e. when the adjustment-deflection signal disappears.
Ainsi, des répartitions irrégulières des intensités à l'intérieur des deux faisceaux laser 13 b, 14 b sont de nouveau sans effet Pour cela, on commute toujours vers la régulation de la puissance lorsque le signal de réglage-déviation 19 à la sortie 21 a est inférieur à une valeur prédéterminée Cette condition est contrôlée par le discriminateur 22 dont la sortie commande le cas échéant le commutateur 23 Après réglage de la puissance à la valeur prédéterminée, l'unité de réglage de puissance 24 envoie un signal de retour 23 b au commutateur 23, de sorte que celui-ci revient à l'état antérieur, c'est- à-dire à la mesure de la déviation Le signal de déviation 19 obtenu ne dépend pratiquement plus de la distance des objets 13 a, 14 a, de leur pouvoir de ré- flexion, etc. L'exemple de réalisation d'un système de transport sans chauffeur décrit à la Figure 4 prévoit la mise en place d'une bande rétro-réfléchissante 11 au plafond d'une halle Thus, irregular distributions of the intensities inside the two laser beams 13 b, 14 b are again without effect. For this, one always switches to the regulation of the power when the adjustment-deflection signal 19 at the output 21 a is less than a predetermined value This condition is controlled by the discriminator 22, the output of which controls the switch if necessary 23 After adjusting the power to the predetermined value, the power adjustment unit 24 sends a return signal 23 b to the switch 23, so that it returns to the previous state, that is to say the measurement of the deviation The deviation signal 19 obtained practically no longer depends on the distance of the objects 13 a, 14 a, of their reflecting power, etc. The exemplary embodiment of a driverless transport system described in Figure 4 provides for the installation of a retro-reflective strip 11 on the ceiling of a hall
d'usine Pour son déplacement le long de cette bande réflé- For its movement along this reflective strip
chissante 11 (piste de guidage), dont les bords correspondent ici aux objets 13 a, 14 a, le système de transport sans chauffeur 60 est muni d'une unité centrale 50 comportant un micro-processeur 51 et une mémoire de programmes 52, qui reçoit les signaux du capteur à laser 12, d'un capteur de direction 53 et d'un capteur de rotation de roue 54 du système de transport sans chauffeur 60 Le processeur 51 chissant 11 (guide track), whose edges here correspond to the objects 13 a, 14 a, the driverless transport system 60 is provided with a central unit 50 comprising a microprocessor 51 and a program memory 52, which receives signals from the laser sensor 12, a direction sensor 53 and a wheel rotation sensor 54 from the driverless transport system 60 The processor 51
détermine les signaux 55 a, 56 a pour le dispositif de direc- determines the signals 55 a, 56 a for the steering device
tion 55 et le dispositif d'entraînement 56 du système de transport sans chauffeur 60 à partir des signaux de capteur entrants 19, 53 a, 54 a ainsi qu'en fonction de la mémoire de tion 55 and the driver 56 of the driverless transport system 60 from the incoming sensor signals 19, 53 a, 54 a as well as according to the memory of
programmes 52.programs 52.
Grâce aux mesures décrites précédemment, on obtient un capteur à laser du type indiqué en introduction qui, dans son fonctionnement dans des tâches de mesure de la technique Thanks to the measures described above, a laser sensor of the type indicated in the introduction is obtained which, in its operation in technical measurement tasks
du réglage automatique, correspond pratiquement à deux cap- automatic adjustment, practically corresponds to two caps
teurs isolés complets, tandis que la complexité de l'organe correspond sensiblement (exception faite d'un deuxième laser complete isolated teurs, while the complexity of the organ corresponds substantially (except for a second laser
avec optique émettrice) à celle d'un capteur isolé. with emitting optics) to that of an isolated sensor.
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