FR2706203A1

FR2706203A1 - Installation de mesure d'une position spatiale instantanée d'un objet sphérique volant et méthode de mesure de ses angles de lancement.

Info

Publication number: FR2706203A1
Application number: FR9406074A
Authority: FR
Inventors: Nishiyama Tetsuji; Teraguchi Takashi
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1994-05-18
Publication date: 1994-12-16
Anticipated expiration: 2014-05-18
Also published as: JP2626964B2; GB9409961D0; US5479008A; GB2278915B; GB2278915A; JPH06347213A; FR2706203B1

Abstract

Un dispositif (1) émet des rayons lumineux parallèles (L) détectés par des éléments (7) d'un détecteur (2); un instrument (4) mesure le temps pendant lequel lesdits rayons lumineux sont interceptés par un objet sphérique en vol (3). Les rayons lumineux parallèles émis par le dispositif de projection de rayons sont situés dans un plan (M) et leurs positions respectives sont des quantités connues. On fixe la distance (S) entre deux rayons lumineux successifs à une valeur inférieure au rayon (r) de l'objet sphérique. Un ordinateur (5) calcule la position spatiale instantanée de l'objet sphérique en vol.

Description

INSTALLATION DE MESURE D'UNE POSITION SPATIALE INSTANTANEE D'UN OBJET

SPHERIQUE VOLANT ET METHODE DE MESURE DE SES ANGLES DE LANCEMENT.

La présente invention concerne des perfectionne- ments d'une installation pour la mesure d'une position instantanée d'un objet sphérique en vol, et une méthode pour la mesure de ses angles de lancement ou de trajectoire.

Afin demesurer une position spatiale instan- 10 tanée,un angle de trajectoire verticale et/ouunangle de déviation latérale (ou angle de trajectoire horizontale) d'un objet sphérique volant tel qu'une balle de golf, une balle de tennis ou analogue, on emploie les méthodes connues (i), (ii), (iii) et (iv) ci-après. 15 (i) Un grand nombre de codes électriques connectés à des contacts électriques sont disposés le long d'un che- min prévu de vol d'une balle, et plus généralement d'un objet sphérique. Dans cette méthode, la balle volante vient frapper un code particulier et actionne ainsi un 20 contact correspondant parmi les contacts électriques. (ii) Un grand nombre d'interrupteurs photoélectriques à transmission ou à réflexion sont placés le long

d'un chemin de vol prévu d'un objet sphérique et un in- terrupteur particulier parmi ces interrupteurs photoélec- 25 triques est actionné lorsque le rayon incident sur cet interrupteur particulier est intercepté par l'objet sphé- rique en vol. (iii) Des faisceaux laser de balayage sont engendrés et collimatés transversalement à un chemin de vol prévu 30 d'un objet sphérique, au moyen d'une combinaison d'un mi- roir concave ou analogue et d'un système de lentille. On frappe l'objet sphérique et onle fait passer à travers le plan de balayage afin de mesurer ainsi le temps d'in- terception pour déterminer une position spatiale instanta- 35 née et les angles de trajectoire de l'objet sphérique en

vol. (iv) On prend une image d'un objet sphérique en vol, au moyen d'une caméra vidéo. Une position spatiale ins- tantanée, un angle de trajectoire verticale et/ou un an- 5 gle de trajectoire horizontale (angle de déviation laté- rale) de l'objet sphérique sont déterminés par mesure de l'image. Toutefois, dans la première méthode (i) ci- dessus, le contact de l'objet sphérique en vol avec cha- 10 que code électrique affecte le vol de l'objet sphérique et, pour cette raison, la première méthode (1) n'est pas convenable.

La deuxième méthode (ii) présente un inconvé- nient en ce qu'il faut prévoir un grand nombre d'inter- 15 rupteurs photoélectriques pour couvrir optiquement une large région de vol de l'objet sphérique et pour améliorer la résolution de la détection. Dans la troisième méthode (iii), le miroir concave ou analogue a pour effet que les rayons laser 20 sont inévitablement irréguliers dans leur mouvement de translation de balayage, du fait de leurs mouvements mé- caniques tels que leurs mouvements d'oscillation ou de rotation. En outre, le mouvement mécanique du miroir peut être également affecté par les températures atmos- 25 phériques et d'autres conditions d'ambiance. Cela engen- dre des erreurs dans la mesure de positionne qui est un incon- vénient de la troisième méthode (iii).

Dans la quatrième méthode (iv), la position d'installation de la caméra vidéo provoque des erreurs 30 de mesure. En outre, le nombre des pixels ou éléments de 1' image et l'éclairage de l'objet sphérique volant limitent la précision de la mesure, ce qui est un incon- vénient de la quatrième méthode (iv). Afin d'éviter les inconvénients précités des 35 méthodes de mesure connues,on a proposé un appareil pour

déterminer la position spatiale instantanée d'un objet sphérique volant, conformément à une invention protégée par le brevetUS N 5 160 839 délivré au présent inventeur. Dans l'appareil décrit dans ce brevet US N 5 160 839, 5 on engendre une bande de lumière parallèle et on la pro- jette sur un écran pour former une région d'image linéaire. Si un objet sphérique en vol croise la bande de lumière parallèle, il crée une silhouette sur l'écran, dans la région d'image. On détecte la position de cette silhouette 10 au moyen de capteurs afin de déterminer une position spatiale instantanée de l'objet sphérique en vol.

Toutefois, dans cet appareil de détermination de position du brevet US N 5 160 839,puisque le calcul de la position est basé sur une silhouette d'un objet sphé- 15 rique en vol, qui est formée sur l'écran, la détection ne peut pas être effectuée avec précision si l'écran est incliné, gauchi ou sale ou dans un autre état anormal. La présente invention a donc pour objet de pro- curer une installation de mesure perfectionnée dans laquelle on peut déterminer une position spatiale instanta- née d'un objet sphérique en vol sans contact avec celui- ci, dans une large région de vol de l'objet sphérique et avec une précision de mesure acrue.

Un autre objet de la présente invention est 25 de procurer une méthode de mesure par laquelle on peut me- surer les angles de trajectoire verticaleet/oude trajectoire horizontale d'un objet sphérique volant, sans contact avec celui-ci, dans une large région de vol et avec une précision de mesure accrue. 30 Conformément à la présente invention, on obtient une installation de mesure d'une position spatiale instantanée d'un objet sphérique en vol, comprenant un dispositif de projection de rayons émettant une pluralité de rayons parallèles de lumière qui sont situés dans un 35 même plan, chaque position de rayon étant une quantité

connue et la distance entre deux rayons voisins quelcon- ques étant réglée à une valeur inférieure au rayon du dit objet sphérique, des éléments de réception de lu- mière qui détectent les incidences desdits rayons et les 5 interceptions desdits rayons, un instrument de mesure du temps pendant lequel lesdits rayons sont interceptés par ledit objet sphérique, sur la base de la détection des signaux fournis par lesdits éléments de réception, et un dispositif de calcul d'une position spatiale instantanée dudit objet sphérique en vol sur la base des posi- tions des rayons qui sont interceptés et du temps d'in- terception des dits rayons qui est mesuré par ledit ins- trument.

La présente invention est décrite ci-après en 15 détail avec référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma de principe de l'installation de mesure d'une position instantanée en vol d'un objet sphérique volant, conforme à la présente invention ; 20 la figure 2 est un schéma illustrant le prin- cipe d'un système de mesure utilisé dans l'installation de la figure 1 ; la figure 3 est un diagramme de forme d'onde des sorties d'un amplificateur qui est l'un des compo- 25 sants constituant l'installation de mesure conforme à la présente invention ; la figure 4 est un schéma explicatif d'une mé- thode de calcul arithmétique d'une position spatiale ins- tantanée d'un objet sphérique volant, qui est utilisée 30 dans l'installation et la méthode de mesure de la pré- sente invention ; la figure 5 est une vue schématique d'une par- tie principale de l'installation de mesure de la présen- te invention,dans un deuxième mode préféré de réalisation; 35 la figure 6 est une vue schématique d'une partie

principale de l'installation de mesure de la présente in- vention, dans un troisième mode préféré de réalisation ; et la figure 7 est un graphique qui illustre une 5 relation entre les angles de trajectoire obtenus par la méthode de mesure conforme à la présente invention et ceux qui sont mesurés par une méthode connue.

On décrit maintenant en détail les modes préfé- rés de mise en oeuvre de l'installation et de la méthode 10 de mesure suivant la présente invention, avec référence aux dessins annexés. L'installation de mesure représentée sur la figure 1 comprend un dispositif de projection de rayons i qui émet une pluralité de rayons parallèles de lumière 15 L, un dispositif de réception de rayons 2 qui détecte l'incidence ou l'interception des rayons L de lumière, un instrument 4 de mesure du temps pendant lequel un objet sphérique 3 intercepte les rayons L de lumière, et des moyens de calcul 5 pour déterminer une position 20 instantanée en vol de l'objet sphérique 3 principalement sur la base du temps d'interception des rayons L, qui est mesuré au moyen de l'instrument 4.

Le dispositif de projection de rayons 1 com- prend des marqueurs ou émetteurs 6 à laser à semiconduc- 25 teurs servant de sources de lumière qui émettent une plu- ralité de rayons lumineux L, par exemple seize rayons, avec une consommation de puissance électrique de 10 mW et une longueur d'onde de 670 nm. Ces marqueurs à laser 6 sont disposés verticalement à intervalles réguliers, par 30 exemple de 16 mm. On voit sur la figure 2 que les rayons lumineux L émis par le dispositif de projection de rayons 1 sont situés dans un même plan M (une surface verticale dans le premier mode préféré de mise en oeuvre de la présente 35 invention). Le plan M sur lequel tous les rayons lumineux

L sont situés est à une position prédéterminée,définie par rapport à une certaine position de référence. Autre- ment dit, la position du plan M est une quantité connue. Par exemple, sur la figure 2, si l'objet sphérique 3 5 est une balle de golf, la distance x entre la balle de golf sur son support, c' est-à-dire le point de frappe O, et le plan M est fixée à 780 mm.

D'autre part, la distance S entre deux rayons voisins quelconques L est fixée à une valeur telle 10 qu'elle ne dépasse pas le rayon de l'objet sphérique 3, c'est-à-dire qu'elle doit respecter l'inégalité S < r ou de préférence S < 0,95 r ou environ 0,90 r. Par consé- quent, chaque position des rayons lumineux L est une quantité connue. Plus précisément, cette position est dé- 15 terminée dans le plan XZ. Dans le cas o la distance S entre deux rayons lumineux voisins quelconques L est fixée de sorte que S < r, si l'objet sphérique 3 traverse le plan M, il croi- se au moins deux rayons lumineux L. 20 Les moyens de réception de lumière 2 comprennent des photodiodes 7 agencées verticalement à interval- les réguliers de 16 mm en correspondance à l'agencement des marqueurs 6 du dispositif de projection de rayons 1.

A l'avant des photodiodes 7 ou sur le côté du 25 dispositif de projection de rayons 1, il est prévu une plaque de masquage à travers laquelle sont percés seize trous de 1 mm de diamètre verticalement espacés à intervalles réguliers de 16 mm.

La sortie de chaque photodiode 7 est de O V en- 30 viron sauf lorsqu'elle reçoit le rayon lumineux L. Un amplificateur 9 représenté sur la figure 1 comprend seize circuits 8 de commande automatique de gain (CAG) qui sont respectivement conformés à chacune des seize photodiodes 7. Cet amplificateur 9 effectue un 35 réglage automatique de gain afin que les photodiodes 7

aient respectivement une sortie de 2 V environ lorsque les rayons lumineux L frappent les photodiodes du dispositif de réception de rayons 2. Cela permet aux circuits CAG de compenser une diminution des intensités des rayons lu- 5 mineux L qui peut être due par exemple au vieillissement des systèmes laser des marqueurs 6 constituant le dispo- sitif de projection de rayons 1. De plus, les circuits

CAG sont prévus pour être en retard,dans leur réponse aux signaux électriques des photodiodes 7, dans des li- 10 mites telles que la mesure du temps effectif d'intercep- tion des rayons lumineux L n'est pas affectée. L'instrument 4 mesure le temps T pendant lequel la sortie de l'amplificateur 9 est inférieure à une va- leur prédéterminée, par exemple inférieure à 1 V sur la 15 figure 3, c'est-à-dire le temps d'interception des rayons lumineux L. Cet instrument 4 comprend une pluralité de compteurs 10, par exemple seize compteurs, pour mesurer le temps pendant lequel la sortie de chaque circuit CAG 8 est inférieure à 1 V, c'est-à-dire le temps d'interception 20 des rayons lumineux. Le temps d'interception des rayons lumineux est entré dans un ordinateur (un dispositif de calcul arithmétique)5 pour détecter une ou plusieurs photodiodes 7 pour lesquelles les rayons lumineux L sont interceptés.

Les niveaux des photodiodes 7, leurs espace- ments et d'autres informations sont préalablement en- trés dans l'ordinateur, afin de déterminer une position de vol de l'objet sphérique 3 par la méthode de calcul arithmétique ci-après. 30 On mesureune position de vol instantanée de l'objet sphérique 3, dans des conditions telles que l'ob- jet sphérique 3 soit une balle de golf, que la balle de golf soit frappée au moyen d'un club de golf à partir de sa position sur un support, et que la balle de golf suive 35 une trajectoire de vol telle que la trajectoire rectili-

gne illustrée sur la figure 2. Sur la figure 2, le symbole G0 représente un angle de trajectoire réelle de la balle de golf (l'angle formé par la ligne horizontale et la ligne de trajectoire 5 de la balle de golf dans un plan vertical contenant la li- gne de trajectoire de la balle de golf, c'est-à-dire un an- gle de trajectoire verticale de la balle de golf), le sym- bole 00 représente un angle de déviation latérale réelle (un angle de trajectoire horizontale) de la balle de golf, 10 et le symbole G représente une valeur de l'angle de tra- jectoire réelle de la balle de golf en projection sur le plan XZ.

Sur la figure 4 qui illustre le principe du système de mesure en projection sur le plan XZ, le sym- 15 bole x désigne la distance (780 mm) entre le tee ou sup- port ou point de frappe O, et le plan M contenant les ra- yons lumineux L, le symbole Z1 désigne le niveau (35 mm) de la photodiode inférieure 7, le symbole Z2 désigne le niveau (51 mm) de la deuxième photodiode à partir de la 20 photodiode inférieure 7, le symbole f désigne la distance (16 mm) entre deux photodiodes successives 7, le symbole r désigne le rayon (21,35 mm) de la balle de golf, le sym- bole V (fig.2)es.t une vitesse de vol effective de la balle de golf et le symbole v désigne sa vitesse de vol lors- 25 que la vitesse effective V de la balle de golf est pro- jetée sur le plan XZ. En outre, on utilise le symbole t1 pour représenter le temps pendant lequel les rayons lumi- neux L sont interceptés pour la photodiode située au ni- veau Zt et le symbole t2 pour représenter le temps pendant 30 lequel les rayons lumineux L sont interceptés pour la pho- todiode située au niveau Z2.

A partirdes conditions précédentes, on obtient les huit formules suivantes. a3l5/2v 2706203 9 a2=l/2vt2 a +b2=r2 a. -,-b. 5 a. +b22 =.r b3 +b4 f b1-b3cos9 10 b2-b4cosO COse= X FX + (Zl +b3) 2 Les huit équations précédentes donnent la for- mule ci-après 15 -B /B2 -AC b3= A A dans laquelle A= (X2-r2 ( t2 -t ) 202 20 P~~~~~~-fX't~+zzr2 (t~- tf) C=r2(tt2) (x2+z2)-f2x2t2

Comme décrit plus haut, les symboles x, Zl, f et r sont des quantités connues. Par conséquent, si on 25 mesure les temps t1 et t2, on connaîtla distance b3 entre la photodiode inférieure 7 et le centre de la balle de golf, ce qui permet de calculer le niveau du centre de la balle de golf en vol, qui est exprimé par (z1 + b3). La valeur de (z1 + b3) étant ainsi obtenue, 30 l'équation ci-après donne l'angle G de la trajectoire de la balle de golf. O=tan-3 zl +b3 x La figure 7 est un graphique (graphique de dis- 35 persion) qui illustre une relation entre les angles de

lancement obtenus par la méthode de mesure conforme au mode préféré ci-dessus de mise en oeuvre de la présente inven- tion et ceux qui sont mesurés par la méthode de mesure photographique qui est une méthode de mesure connue ayant 5 une précision de mesure relativement grande.

Dans la méthode de mesure photographique, un éclair lumineux est émis à intervalles de 3 ms et deux images différentes d'une balle de golf en vol sont photo- graphiées dans une même image de film qui coincide,dans 10 sa direction verticale,avec la direction normale de la balle. On détermine les centres de ces deux images dif- férentes de la balle à partir d'un grand nombre de points arbitrairement choisis sur leurs surfaces circonférentiel- les extérieures et on détermine les angles de trajectoire 15 de la balle à partir des deux centres ainsi obtenus.

On a utilisé la méthode de mesure conforme à la présente invention pour mesurer expérimentalement les niveaux (z1 + b3) des centres des balles de golf en vol et les résultats de la mesure de niveau sont indiqués 20 dans le Tableau 1. On mesure également les angles de trajectoire O de la balle et les résultats de leur mesure sont indiqués dans le Tableau 2. Pour ces mesures expéri- mentales, on a frappé au moyen d'un club de golf dix-huit balles de golf placées sur leur support. Dans les Tableaux 1 et 2, les positions aux- quelles les rayons lumineux sont interceptés sont les niveaux des rayons lumineux L qui sont interceptés par les balles de golf. On donne au rayon lumineux L émis par le marqueur à laser 6 le plus bas le numéro 1 pour indiquer 30 sa position, et les autres rayons lumineux émis par les marqueurs 6 qui sont placés plus haut que le marqueur infé- rieur 6 sont numérotés dans l'ordre. Le niveau de chaque rayon lumineux L est basé sur le niveau du centre de la balle de golf sur son sup- 35 port et il est donné par la formule suivante :

(Numéro de Position) - 1 x 16 + 35 (en mm). On trouve que lerayon lumineux L N i1 est à un niveau de 35 mm, le rayon N 2 est à un niveau de 51 mm, les rayons lumineux L supérieurs suivants ont des niveaux qui aug5 mentent successivement de 16 mm, et le rayon lumineux L N 11 est à un niveau de 195 mm.

D'autre part, dans les Tableaux 1 et 2, les chiffres placés sous les chiffres cerclés 1, 2 et 3 qui appartiennent à la colonne des "Positions et Temps (ls) 10 d'interception des rayons lumineux" représentent les numé- ros de position des rayons lumineux L qui sont interceptés. Dans la colonne du Tableau 1 intitulée "Niveau des cen- tres des balles de golf (Z1 + b3)", les valeurs placées sous les chiffres cerclés en paires 1-2, 2-3 et 3-1 res- 15 pectivement indiquent le niveau du centre dela balle de golf qu'on trouve lorsque les rayons lumineux 1 et 2 sont interceptés, lorsque les rayons lumineux 2 et 3 sont in- terceptés et lorsque les rayons lumineux 3 et 1 sont inter- ceptés.

Dans le Tableau 2, les angles de trajectoire 8 des balles de golf sont obtenus à partir de chaque combi- naison de deux rayons lumineux 1 et 2, 2 et 3, et 3 et-1 qui sont interceptés. Les deux Tableaux 1 et 2 comportent une colonne 25 marquée "R". Dans le Tableau 1, la colonne "R" indique la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale du niveau du centre de chaque balle de golf et, dans le Tableau 2,la colonne "R" indique la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale de l'angle de tra- 30 jectoire 8 de chaque balle de golf. D'autre part, le Tableau 3 indique les différen- ces entre les angles de trajectoire O des balles de golf trouvés par la méthode de mesure conforme à la présente invention et ceux qui sont donnés par la méthode photogra- 35 phique usuelle.

Le Tableau 3 montre que la méthode de mesure conforme à la présente invention et la méthode de mesure photographique usuelle donnent toutes deux sensiblement les mêmes angles de trajectoire 0 des balles de golf et 5 que les angles de trajectoire 0 mesurés par la méthode de mesure de la présente invention et ceux qui sont obtenus par la méthode de mesure photographique usuelle sont en corrélation étroite les uns avec les autres. Autrement dit, la méthode de mesure conforme à la présente invention, qui 10 consiste en une mesure simple, permet de mesurer les angles de trajectoire 0 dans une large région de vol.

D'autre part, comme indiqué dans le Tableau 2, dans la mesure expérimentale ci-dessus, onze des dix-huit balles de golf interceptent trois rayons lumineux L. Les 15 angles de trajectoire 0 de ces onze balles de golf sont indiqués dans le Tableau 2 et les différences entre les valeurs maximales et les valeurs minimales de ces angles de trajectoire 0 sont comprises entre 0,00 et 0,02 comme indiqué également dans le Tableau 2. On note donc que la 20 méthode de mesure conforme à la présente invention procure une très grande précision de mesure des angles de trajec- toire ou de lancement O des balles de golf. 25 30 35

TABLEAU 1 NIVEAUX DES CENTRES DES BALLES DE GOLF MESURES PAR LA METHODE DE LA PRESENTE INVENTION Positions et temps (ps) Niveaux des centres des d'interception des rayons balles de golf lumineux Z1 + b3 (mm) _~ -) ~) ((D:te ( ; t3 tg)(;. Ave. (A) R 1 620,9 9 720,8 tu 191,8 158,09 158,0 158,0 158,03 (0,09 2 8 675,4 9 671,7 ___154,86 ---- 154,86 --- 3 6424 10 651,1 __ 171,35 - - 171,35 - 4 9 466,2 l 689,8 11 476,5 179,15179,16179,15179,15 0,01 5 7 506,0 8 722,5 9 474,6 146,51146,62146,57146,57 0,11 6 6 699,8 7 662,5 __ _121,6 à --- 121,63 --7 6 635,8 7 716,2 8 187,9 125,9 126,0 126.08 126,03 0,16 8 I 599,6 745,7 3 328,0 47,95 47,7 47,78 47,82 0,21 _9 1 745,7 2 587,8 - à 37,68 à-- 37,68 --- 10 1 217,6 2 728,3 3 634,5 55,4 55,72 55,49 55,56 0,25 il 4 703,6 5 680,3 90,16 -- - 90,16 --- 12 3 491,0 4 752,6 5 519,6 83,27 83,4t 83,36 83,37 0,19 13 4 32316 738,5 6 611,6 102,41102,57102,144102,48 0,16 14 6 674,8 7 691,7 123,62 - __ 123,62 --- 15 7 700,9 8 663r4 137,61 à 137,61 --- 16 7 620,8 8 715,8 9 242,2 142,49142,54 142,52142,51 0,03 17 9 547,4 1( 691,8 Il 374,3 176,53176,54176,54176,54 0,02 18 9 327,9 1 683,2 11 563,3 182,30 182,3 182,3( 182,30 0,00 N 18 il Moy / 124,29 0,112 in. ___ / 37,68 0,00 ax. / 182,30 0,25

TABLEAU 2 NIVEAUX DES CENTRES DES BALLES DE GOLF MESURES par la METHODE DE LA PRESENTE INVENTION Positions et temps (ps) Angles de trajectoiredes 'interception des rayons balles de golf lumineux 6 (degrés) (i): te ( >) ; t); W Ave. (A) R 1 8 62079 9 720,8 IL 191,8 11,46 11,45 11,45 11,45 0,01 2 8 675,4 9 671,7 ___ 11,23 àà - 11,23 --- 3 642?4 1I 651,1 __ 12,39 ------ 12,39 ___ 4 c466, 2 lu 689,8 11 476,5 12,94 12,94 12,94 12,94 0,00 5 7 506,0 8 722,5 9 474,6 10,64 10,6 10,64 10,64 0,01 6 6 699,8 662,5 -__ 8,86 --- -- 8,86 - 7 6 635,8 7 716,2 8 187,9 9 1 79 18 9,18 9,18 0,01 8 I 599r6 2 745,7 3 328,0 3,52 3,50 3,51 3,51 0,02 9 1 745,7 587,8 _____ 2,7 ------- 2,77 --- 10 I 217,6 2 72813 3 634,5 4,07 4,0 4,07 4,08 0,02 il1 703,6 5 680,3 6,59 -- 6,59 --- 12 3 49110 4 752,6 5 519,6 6,09 6,11 6,1C 6,10 0,01 13 4 323,6 5 738,5 6 611,6 7,48 7,49 7,48 7,48 0,01 14 6 674,8 7 691,7 9,01 à 9,01 --- 15 700,9 8 663,4 10,01 - -- 10,01 --- 16 620,8 8 715,8 9 242,2 10,35 10,35 10,35 10,350,00 17 9 5474 10 691,8 Il 374,3 1275 12,75 12,75 12,75 0,00 18 327,9 11I 683,2 l I 563,3 13,15 13,15 13,1 13,15 0,00 N /18 I1l Moy 9 ,03 0,008 Min. Z2,77 0,00 Max. /. 13,15 0,02

TABLEAU 3 NIVEAUX DES CENTRES DES Angles trajec- BALLES DE GOLF MESURES toire balles de PAR LA METHODE DE LA golf mesurés PRESENTE INVENTION par la méthode Différence de mesure photographique Angles Trajectoire des Balles de Golf 8 (degrés) Moyen (A) R (B) (A) - (B) I 11,45 0,01 11,14 +0,31 2 11,23 --- 10,93 +0,30 3 12,39 ---___ 12,28 +0, 11 4 12,94 0,00 12,71 +0,23 5 10, 64 r0,01 10,40 +0,24 6 8, 86 _ 8, 42 +0,44 7 9,18 0,01 9,14 +0,04 8 3 51 0,02 3,55 -0,04 9 2~ 77 ---- 21 79 -0,02 10 4U8 0,02 4,26 -0,18 Il 6,59 ---- 6,48 +0, 11 1 6,10 0,01 5,94 +0,16 13 7,48 0z01 7,40 +0,08 14 9 ,01 ---- 8,77 +0,24 15 10, 01 ---- 9,97 +0,04 16 10,35 0,00 10,14 +0,21 17 12,75 0,00 12,80 -0,05 18 13,15 0,00 12,91 +0,24 N 18 11 18 18 Moy 9,03 0,008 8,89 0 14 Yin. 2,77 0,00 2,79 -0,18 ax. 13,15 0,02 12,91 0,44

La figure 5 illustre un deuxième mode préféré de réalisation de l'installation de mesure conforme à la présente invention. Cette installation de mesure comprend un dispositif de projection de rayons 1 modifié. Ce dis- 5 positif de projection de rayons 1 comprend un émetteur laser 15, une lentille convexe 16 et une plaque de masqua- ge 18. L'émetteur laser 15 est prévu pour élargir un fais- ceau de laser à semiconducteurs suivant une configuration en éventail, au moyen d'une lentille cylindrique. D'au- 10 tre part, la plaque de masquage 18 est percée d'une plu- ralité de trous 17 verticalement disposés à intervalles réguliers, de 16 mm par exemple. La source de lumière de l'émetteur laser 15 est prévue pour émettre un faisceau de laser à semiconducteurs 15 ayant une puissance consommée de 40 mW et une longueur d'onde de 790 nm. La lentille convexe 16 a un diamètre de 140 mm et sa distance focale est de 300 mm environ. Avec un tel agencement, la plaque de masquage 18 peut recevoir le rayonnement de la bande de lumière 20 parallèle L1 de sorte que cette bande de lumière paral- lèle L1 atteint le dispositif de réception de rayonne- ment 2 à travers des trous 17 de la plaque de masquage 18, sous la forme de rayons lumineux L. On comprend donc que l'utilisation du disposi- 25 tif de projection de rayons 1 modifié permet une mesure simple des angles de trajectoire de balles de golf en vol comme lorsqu'on utilise l'installation de mesure décrite plus haut et illustrée sur la figure 1.

La figure 6 illustre une installation de mesure 30 de type différent, suivant un troisième mode préféré de réalisation de la présente invention. Cette installation de mesure comprend un dispositif de projection de rayons 20 qui émet une bande de lumière parallèle L2, et un dis- positif de réception de rayons 22 qui comprend une plura- 35 lité de photodétecteurs 21. L'amplificateur 9, l'instru-

ment 4, l'interface 11 et l'ordinateur 5 sont raccordés à ce dispositif de réception de rayons 22 comme illustré sur la figure 1. D'autre part, le dispositif de projection de 5 rayons 20 comprend l'émetteur laser 23 et la lentille con- vexe 24. Le rayonnement émis par l'émetteur 23 est transformé en la bande de lumière parallèle L2 par la lentille convexe 24 et atteint les photodétecteurs 21. La bande de lumière parallèle L2 est ramifiée en une pluralité de ra- 10 yons lumineux parallèles L à l'endroit des photodétec- teurs 21 et la pluralité de rayons lumineux parallèles L est reçue par le dispositif de réception de rayons 22.

Afin d'assurer que le dispositif de réception de rayons 22 reçoive, sur un élément de détection res- 15 pectif , un des rayons lumineux parallèles, les photo- détecteurs 21 sont avantageusement pourvus respectivement d'un manchon cylindrique de petit diamètre afin d'em- pêcher un rayon lumineux oblique de les atteindre. Dans ce cas, les photodétecteurs 21 sont agencés dans le plan 20 de la bande de lumière parallèle L2 de sorte que la distance S entre deux photodétecteurs voisins quelconques 21 ne dépasse pas le rayon r de l'objet sphérique volant 3.

Par conséquent, l'installation de mesure comprenant le dispositif de projection de rayons 20 et le dispositif 25 de réception de rayons 22, décrits ci-dessus, permet à l'objet sphérique volant d'intercepter au moins deux rayons lumineux L, de sorte qu'on obtientune grande plage de mesure pour faciliter la mesure des angles de trajec- toire ou de lancement de l'objet. 30 Afin de mesurer un angle de déviation latérale (angle de trajectoire horizontale) de la balle de golf, on dispose verticalement les installations de mesure des premier, deuxième et troisième modes préférés de réalisa- tion de la présente invention. 35 On mesure un angle de trajectoire verticale de

la balle de golf en vol par projection de sa silhouette sur une surface perpendiculaire aux axes optiques des ra- yons lumineux L (c'est-à-dire sur le plan XZ). Toutefois, il est possible de mesurer un angle de déviation latérale 5 de la balle de golf, pour déterminer l'angle de trajec- toire verticale de la balle de golf, également sur une surface contenant la trajectoire de la balle de golf en vol, c'est-à-dire un angle de trajectoire verticale ef- fective de la balle.

Dans la présente invention, l'objet sphérique est un objet de configuration circulaire en coupe et éga- lement un objet dont laconfiguration en coupe peut être considérée comme circulaire. Par suite, l'installation et la méthode de mesure suivant la présente invention, qui 15 sont décrites dans ce qui précède, peuvent mesurer une position spatiale instantanée, en particulier le niveau du centre d'un objet sphérique en vol, si cet objet sphé- rique est de configuration circulaire en coupe ou peut être considéré comme étant de configuration circulaire en 20 coupe.

La présente invention n'est pas limitée dans son application aux modes préférés de mise en oeuvre dé- crits dans ce qui précède. On peut apporter des modifica- tions dans la forme et les détails de l'installation de 25 mesure conforme à la présente invention, sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, on peut faire varier le nombre, les intervalles et les autres pa- ramètres des rayons lumineux parallèles L émis par le dis- positif de projection de rayons 1 comme désiré, pourvu 30 qu'un objet sphérique 3 croise aumoins deux rayons lumi- neux L. En outre, les rayons lumineux L peuvent être situés à intervalles réguliers ou à intervalles irrégu- liers. De plus, si un objet sphérique volant croise trois 35 rayons lumineux L ou plus, on peut mesurer son angle de

trajectoire avec une plus grande précision, pour la raison décrite ci-après. Pour déterminer un angle de trajectoire d'une balle de golf en vol, il faut connaître le niveau du cen- 5 tre de la balle en vol. On obtient ce niveau central par mesure du temps pendant lequel deux photodiodes relatives 7 ne reçoivent pas les rayons lumineux L. Par conséquent, si un objet sphérique volant croise trois rayons lumineux L ou plus, on peut connaître le temps pendant lequel trois 10 photodiodes relatives 7 ou plus ne reçoivent pas les ra- yons L, de sorte qu'on peut mesurer l'angle de trajectoire de la balle de golf en vol avec une plus grande précision.

On voit donc que l'installation de mesure con- forme à la présente invention peut mesurer le niveau d'un 15 centre d'un objet sphérique volant 3 sans aucun contact avec ce dernier, elle procure une plus grande région de mesure et elle fournit facilement un angle de trajec- toire verticale et/ou un angle de trajectoire horizontale (angle de déviation latérale) de l'objet sphérique volant 20 3 avec une plus grande précision, à partir de son niveau central mesuré.

De plus, la présente installation de mesure est de construction générale simple et elle permet d'effectuer facilement chaque calcul nécessaire, au moyen de l'ordi- 25 nateur 5.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique volant (3), carac- térisée en ce qu'elle comprend un dispositif de projec- tion de rayons (1) émettant une pluralité de rayons lumi- neux parallèles (L) qui sont situés dans un même plan (M), la position de chaque rayon étant une quantité connue et la distance entre deux rayons voisins quelconques étant fixée à une valeur inférieure au rayon (r) dudit objet sphérique, un dispositif de réception de rayons (2) qui détecte les incidences desdits rayons lumineux et les in- terceptions de ces rayons sur des éléments de détection (7), un instrument (4) mesurant le temps pendant lequel lesdits rayons lumineux sont interceptés par ledit objet sphérique, sur la base de la détection des signaux fournis par ledit dispositif de réception de rayons, et un dispositif de calcul (5) d'une position spatiale instan- tanée dudit objet sphérique en vol sur la base des posi- tions des rayons lumineux qui sont interceptés et du temps d'interception des dits rayons lumineux qui est mesuré par ledit instrument.

2.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de projection de rayons (1) comprend une pluralité de marqueurs à laser à semiconducteurs (6) verticalement agencés à intervalles prédéterminés (S). 3.- Installation de mesure d'une position spa- t

iale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de projection de rayons comprend un émetteur à laser (15) 35 qui rayonne un faisceau de laser à semiconducteurs élargi en une configuration en éventail au moyen d'une lentille cylindrique, une lentille convexe (16) qui transforme en une bande de lumière parallèle (L1) ce faisceau élargi en éventail, et une plaque de masquage (18) comportant une pluralité de trous (17) disposés verticalement.

4.- Installation de mesure d'une position spatiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réception de rayons (2) comprend une pluralité de photodiodes (7) verticalement agencées à intervalles prédé- terminés (S).

5.- Installation de mesure d'une position spatiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un amplificateur (9) ayant un circuit de commande automa- tique de gain (8), le dispositif de réception de rayons (2) comprend une pluralité de photodiodes (7) agencées verticalement à intervalles prédéterminés, l'instrument (4) mesure comme temps d'interception des rayons lumineux le temps pendant lequel la sortie dudit amplificateur est inférieure à une valeur spécifiée, et une détection est effectuée lorsque les photodiodes sont empêchées, par l'objet sphérique en vol (3), de recevoir les rayons lumineux (L).

6.- Installation de mesure d'une position spatiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réception de rayons (2) comprend une pluralité de photodiodes (7) verticalement agencées à intervalles prédé- terminés, et le dispositif de calcul est un ordinateur (5) dans lequel on entre les niveaux (Z) des photodiodes, la distance (f) entre deux photodiodes voisines, le rayon (r) de l'objet sphérique et la distance (x) du point de lancement (O) de l'objet sphérique audit même plan (M).

7.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol (3), ca- ractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de projec- tion de rayons (1) émettant une bande de lumière paral- lèle, un dispositif de réception de rayons (2) qui peut recevoir ladite bande de lumière parallèle sous la forme d'une pluralité de rayons lumineux parallèles, ce dispo- sitif étant agencé dans un plan (M) de ladite bande de lumière parallèle, la position de chaque rayon parallèle étant une quantité connue et la distance entre deux élé- ments de réception de rayons voisins quelconques étant fixée à une valeur inférieure au rayon (r) dudit objet sphérique, un instrument (4) recevant les signaux de dé- tection fournis par le dispositif de réception de rayons pour mesurer le temps pendant lequel lesdits rayons lumi- neux sont interceptés par ledit objet sphérique, un dis- positif de calcul (5) d'une position spatiale instantanée dudit objet sphérique en vol sur la base des positions des rayons lumineux qui sont interceptés et du temps d'interception desdits rayons lumineux qui est mesuré par ledit instrument.

8.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif de projection de rayons comprend un émetteur à laser (15) 30 et une lentille convexe (16) transformant en une bande de ière parallèle (L1) un faisceau émis par l'émetteur à laser.

9.- Installation de mesure d'une position spa- 35 tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif de réception de rayons (2) comprend une pluralité de détecteurs optiques (7) verticalement agencés à intervalles prédéterminés.

10.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un amplificateur (9) ayant un circuit de commande automati- que de gain (8), le dispositif de réception de rayons (2) comprend une pluralité de détecteurs optiques (7) agencés verticalement à intervalles prédéterminés,l'instrument (4) mesure comme temps d'interception des rayons lumineux le temps pendant lequel la sortie dudit amplificateur est in- férieure à une valeur spécifiée, et une détection est effectuée sur la base des détecteurs optiques empêchés de recevoir les rayons lumineux par l'objet sphérique en vol.

11.- Installation de mesure d'uneposition spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réception de rayons (2) comprend une pluralité de détecteurs optiques (7) verticalement agencés à intervalles prédéterminés, et le dispositif de calcul (5) est un or- dinateur dans lequel on entre les niveaux des détecteurs optiques, la distance entre deux détecteurs optiques voi- sins, le rayon de l'objet sphérique et la distance entre le point de lancement de l'objet sphérique et la bande de lumière parallèle.

12.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1 ou la revendication 7, caractérisée en ce que l'objet sphérique est une balle de golf. ..CLLMF: 13.- Installation de mesure d'une position spa- tiale instantanée d'un objet sphérique en vol suivant la revendication 1 ou la revendication 7, caractérisée en ce que l'objet sphérique est une balle de tennis.

14.- Méthode de mesure d'un angle de lancement vertical d'un objet sphérique, caractérisée en ce qu'au moins deux rayons lumineux parallèles (L), dont les dis- tances et les positions par rapport au point de lancement (O) de l'objet sphérique (3) sont des quantités con- nues, sont interceptés par l'objet sphérique, afin de me- surer le temps d'interception de chaque rayon lumineux, et on calcule la position dudit objet sphérique sur la base de la valeur mesurée du temps d'interception de chaque rayon lumineux.

15.- Méthode de mesure d'un angle de lancement vertical ou horizontal d'un objet sphérique suivant la revendication 14, caractérisée en ce que ledit objet sphérique est une balle de golf.

16.- Méthode de mesure d'un angle de lancement vertical ou horizontal d'un objet sphérique suvant la revendication 14, caractérisée en ce que ledit objet sphé- rique est une balle de tennis.