FR2829835A1

FR2829835A1 - Laser photographic topomicrometer for highly accurate terrain or surface measurement, e.g. for erosion measurement, has a laser measurement head mounted on a triaxial displacement frame with mechanical indexing

Info

Publication number: FR2829835A1
Application number: FR0112018A
Authority: FR
Inventors: Georges Marius Noel Rovera; Christophe Corona; Yannik Alexandre Edouar Robert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-21
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: FR2829835B1

Abstract

Micrometric bed for measuring areas of the order of a meter square in area. The device comprises a tubular frame (1) that supports a traversing girder (5) along which slides a vertical aluminum tube (12) on which is mounted a laser measurement head (14) connected to a portable computer. The triaxial measurements are undertaken using linear bearing guides along which run slides. Mechanical indexing provides accurate and repeatable positioning.

Description

La présente invention concerne un topomicromètre laser photographique de terrain de grande précision. Ce dispositif permet la modélisation tridimensionnelle et le suivi in zum de l'évolution de la microtopographie de placettes de dimension métrique d'une surface de 0.5 m2. Il peut être utilisé en topographie, topométrie, géologie, géomorphologie, agriculture, génie civil et plus largement dans tous les domaines nécessitant un suivi très précis de surfaces soumises à des processus d'érosion telles que les parcelles agricoles, les berges de cours d'eau, les pieds de falaises en bordure littorale, les piles de pont, les façades de bâtiment, les surfaces ligneuses ou synthétiques... The present invention relates to a high-precision photographic field laser topomicrometer. This device allows three-dimensional modeling and in-zum monitoring of the evolution of microtopography of metric-sized plots with an area of 0.5 m2. It can be used in topography, topometry, geology, geomorphology, agriculture, civil engineering and more broadly in all areas requiring very precise monitoring of surfaces subject to erosion processes such as agricultural plots, river banks. water, the feet of cliffs along the coast, the bridge piers, building facades, woody or synthetic surfaces ...

La topographie est traditionnellement étudiée au moyen des instruments du génie civil (théodolites, télémètres, photostéréoscopes, GPS,...). Ces instruments offrent une précision maximale de l'ordre du millimètre. En géomorphologie, des piquets implantés sur le terrain, mesurés périodiquement au moyen d'instruments métrologiques classiques, règles graduées ou jauges micrométriques permettent d'atteindre une précision maximale évaluée au 1/10 mm en raison des erreurs inhérentes aux instruments utilisés et à la mesure par contact. Ces systèmes ne permettent en outre qu'un aperçu ponctuel de la dynamique des placettes, extrapolé ensuite à l'ensemble de la surface. The topography is traditionally studied using civil engineering instruments (theodolites, rangefinders, photostereoscopes, GPS, ...). These instruments offer maximum precision of the order of a millimeter. In geomorphology, stakes implanted in the field, periodically measured using conventional metrological instruments, graduated rulers or micrometric gauges allow to reach a maximum precision evaluated at 1/10 mm due to the errors inherent in the instruments used and in the measurement. by contact. These systems also only allow a one-off overview of the dynamics of the plots, then extrapolated to the entire surface.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients et d'atteindre une précision du 1/100 mm. Il est en effet constitué selon une première caractéristique d'un cadre tubulaire rigide, positionné sur le terrain au moyen de tiges filetées ancrées ou scellées dans le sol. Elles permettent un positionnement à l'identique du banc micrométrique lors des manipulations successives. Ce cadre constitue un plan de référence pour les hauteurs mesurées. Il supporte une poutre mobile selon l'axe des ordonnées. Sur cette poutre, un profilé aluminium tubulaire vertical peut être déplacé selon l'axe des abscisses et l'axe des hauteurs. L'ensemble des déplacements est indexé selon un pas centimétrique ce qui permet la réalisation d'un maximum 5000 points de mesure sur une placette. Une tête laser fixée sur le tube vertical effectue une mesure, sans contact et précise au micron, de la distance au sol. Elle est reliée à un micro-ordinateur portable qui enregistre par impulsion au clavier les données obtenues. Le traitement informatique de ces données permet l'obtention en temps réel d'un modèle numérique de terrain de la placette suivie. Celle-ci peut être dans un plan horizontal, incliné, vertical ou en dévers. The device according to the invention overcomes these drawbacks and achieves a precision of 1/100 mm. It is in fact constituted according to a first characteristic of a rigid tubular frame, positioned on the ground by means of threaded rods anchored or sealed in the ground. They allow identical positioning of the micrometric bench during successive manipulations. This framework constitutes a reference plane for the heights measured. It supports a mobile beam along the ordinate axis. On this beam, a vertical tubular aluminum profile can be moved along the x-axis and the height axis. All the movements are indexed according to a centimeter step which allows the realization of a maximum of 5000 measurement points on a plot. A laser head attached to the vertical tube performs a non-contact, micron-accurate measurement of the distance to the ground. It is connected to a portable microcomputer which records by impulse with the keyboard the data obtained. The computer processing of this data makes it possible to obtain in real time a digital terrain model of the plot monitored. This can be in a horizontal, inclined, vertical or tilted plane.

Un appareil photographique de type chambre de prise de vue de grand format peut également être installé au niveau du tube vertical et déplacé selon l'axe des abscisses et des ordonnés. Les clichés successifs, réalisés avec des taux de recouvrement adaptés et pris deux à deux, constituent des couples stéréoscopiques. Ces couples, traités au moyen de A large-format camera type camera can also be installed at the vertical tube and moved along the abscissa and ordinate axis. Successive shots, taken with suitable recovery rates and taken two by two, constitute stereoscopic couples. These couples, treated by means of

logiciels stéréophotogrammétriques, permettent la génération de modèles numériques de terrain (MNT) de la surface étudiée. stereophotogrammetric software, allow the generation of digital terrain models (DTM) of the surface studied.

Selon des modes particuliers de réalisation : - l'ensemble du dispositif peut être démonté puis assemblé à l'identique pour permettre une utilisation sur plusieurs parcelles et sur des terrains difficiles. According to particular embodiments: - the entire device can be dismantled and then assembled identically to allow use on several plots and on difficult terrain.

- les déplacements tri axiaux peuvent être entièrement manuels de façon à limiter la consommation d'énergie - les déplacements tri axiaux peuvent être réalisés au moyen de patins qui coulissent sur des guides linéaires à billes à faible jeu radial qui assurent la fiabilité des mouvements. - the tri-axial displacements can be entirely manual so as to limit the energy consumption - the tri-axial displacements can be carried out by means of pads which slide on linear guides with balls with low radial clearance which ensure the reliability of the movements.

- un procédé d'indexation par verrous d'indexation à bille à ressort peut permettre un positionnement précis et répétitif des points de mesure, conditions impératives à la réitération des manipulations dans le temps. - an indexing method using spring ball indexing locks can allow precise and repetitive positioning of the measurement points, imperative conditions for reiterating the manipulations over time.

Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dispositif dans son ensemble, en cours d'utilisation La figure 2 représente en vue de trois quarts face le dispositif de l'invention La figure 3 représente une vue de trois quart face du système de déplacement latéral La figure 4 représente une vue de trois quart face du système d'indexation centimétrique par verrous d'indexation à billes. The accompanying drawings illustrate the invention: Figure 1 shows the device as a whole, in use Figure 2 shows a three-quarter view of the device of the invention Figure 3 shows a three-quarter view of the lateral displacement system Figure 4 shows a three-quarter front view of the centimetric indexing system using ball indexing locks.

La figure 5 représente le système de déplacement et d'indexation centimétrique longitudinal La figure 6 représente le système de déplacement et d'indexation centimétrique vertical. FIG. 5 represents the longitudinal centimetric displacement and indexing system FIG. 6 represents the vertical centimetric displacement and indexing system.

En référence à ces dessins, le dispositif comporte un cadre rectangulaire rigide (1) démontable, réalisé dans des tubes aluminium carrés de 25 mm de section assemblés au moyen de raccords tubulaires coudés à l'équerre (2). Ce cadre (1) sert de plan de référence pour les mesures microtopographiques réalisées. With reference to these drawings, the device comprises a rigid rectangular frame (1) which can be dismantled, produced in square aluminum tubes 25 mm in section assembled by means of tubular elbow fittings (2). This frame (1) serves as a reference plane for the microtopographic measurements carried out.

Un guide linéaire à billes à faible jeu radial (3) sur lequel coulissent deux patins (4) est vissé sur une des largeurs de ce cadre (1). Ce système permet le déplacement latéral, selon l'axe des ordonnées, d'une poutre (5). Ladite poutre réalisée dans un profilé aluminium carré de 45 mm de côté est fixée sur les deux patins (4) par l'intermédiaire d'une plaque de liaison (6). Les deux patins et la plaque assurent une grande rigidité du montage. Ils permettent d'éviter les phénomènes de torsion, inhérents à la longueur de la poutre, au niveau de l'articulation entre la poutre et le cadre. A l'autre extrémité, la poutre repose simplement sur la seconde largeur du cadre grâce à un support en PVC qui permet de compenser la hauteur des patins (7). A linear guide with low radial clearance (3) on which two shoes (4) slide is screwed on one of the widths of this frame (1). This system allows the lateral displacement, along the ordinate axis, of a beam (5). Said beam made from a 45 mm square aluminum profile is fixed to the two pads (4) by means of a connection plate (6). The two pads and the plate provide great rigidity in mounting. They avoid torsional phenomena, inherent in the length of the beam, at the joint between the beam and the frame. At the other end, the beam simply rests on the second width of the frame thanks to a PVC support which compensates for the height of the pads (7).

Les déplacements longitudinaux et verticaux sont assurés par un système identique. The longitudinal and vertical movements are ensured by an identical system.

Les déplacements longitudinaux, selon l'axe des abscisses, sont réalisés au moyen d'un guide linéaire (8) vissé sur la poutre (5). Le patin qui coulisse sur ledit guide supporte une plaque de liaison (9) sur laquelle est fixée le système de déplacement vertical, guide linéaire (10) et patin (11). Un tube aluminium carré d'une section 20 mm (12) orienté perpendiculairement à la poutre est fixé, via une plaque de liaison (13), au patin (11). Ce tube sert de support à la tête de mesure laser (14) et/ou à la chambre photographique (15). The longitudinal displacements, along the abscissa axis, are carried out by means of a linear guide (8) screwed onto the beam (5). The shoe which slides on said guide supports a connection plate (9) on which is fixed the vertical displacement system, linear guide (10) and shoe (11). A square aluminum tube with a 20 mm section (12) oriented perpendicular to the beam is fixed, via a connection plate (13), to the shoe (11). This tube serves as a support for the laser measuring head (14) and / or the photographic chamber (15).

Ce système de déplacement vertical est nécessaire pour compenser les faibles gammes de mesure (20 mm au maximum) des têtes laser de précision et rendre possible la modélisation de microtopographies dont les dénivelés sont supérieurs à la gamme. This vertical displacement system is necessary to compensate for the small measurement ranges (20 mm maximum) of the precision laser heads and to make it possible to model microtopographies whose elevation differences are greater than the range.

Le positionnement précis et répétitif des points de mesure est obtenu grâce à un système d'indexation par verrous d'indexation à bille à ressort (16). Lesdits verrous sont fixés au niveau des trois axes de déplacement grâce à des pièces de liaison (17,18, 19). Le blocage de ces verrous est assuré par des encoches hémisphériques (20) qui servent de logement aux billes. Ces encoches sont percées le long des axes de déplacement transversaux, longitudinaux et verticaux selon un pas centimétrique. Des réglets (21,22, 23) positionnés le long de ces mêmes axes peuvent permettre un déplacement selon des pas variables lors du déblocage temporaire des verrous. The precise and repetitive positioning of the measurement points is obtained by means of an indexing system with indexing ball spring locks (16). Said latches are fixed at the three axes of movement by means of connecting pieces (17, 18, 19). The blocking of these locks is ensured by hemispherical notches (20) which serve as housing for the balls. These notches are drilled along the transverse, longitudinal and vertical axes of movement in a centimeter step. Rulers (21, 22, 23) positioned along these same axes can allow movement in variable steps during the temporary release of the latches.

Claims

1. Field device for measuring the erosion of soils, rocks, constructed buildings, by measuring and three-dimensional modeling of the evolution of the microtopography of a studied surface, characterized in that it comprises a tubular frame rigid, dismountable (1) supporting a transversely movable beam (5) along which slides, along the axis of the abscissae and the heights, a vertical tubular aluminum profile (12) on which is fixed a laser measuring head (14) intended to measure, without contact, the distance to the ground; said measurement head being connected to a microcomputer recording the measurement data and carrying out the computer processing of this data in order to obtain in real time the digital model of the surface studied. To this laser measuring device is added to the profile (12) a photographic device (15) for carrying out stereoscopic surveys of the surface.

2. Device according to claim 1 characterized in that the set of tri-axial displacements is produced by means of linear ball guides (3,8,10) with low radial clearance on which runners are sliding (4,11).

3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the articulation between the beam (5) and the frame (1) is constituted by a connection plate fixed on two pads (4) sliding on a linear guide ( 3)

4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the indexing of the tri-axial displacements is carried out by means of indexing ball spring locks (16) whose locking is ensured in a predefined position by notches hemispherical (20) machined parallel to the axes of movement, in a centimeter step.