FR2981742A1 - Procede de verification de la precision de mesure d'un laser de poursuite - Google Patents

Abstract

Dans un procédé de vérification de la précision spatiale d'un système laser de poursuite (1), comportant une base (2), supportant une tête (3) de mesure multidirectionnelle apte à envoyer un faisceau de mesure (4) en direction d'un premier dispositif réflecteur (10) de position quelconque par rapport à la base (2), et comportant un système d'analyse apte à déterminer trois coordonnées spatiales de position de ce dispositif réflecteur (10), on effectue les étapes suivantes : -on choisit une droite de mesure (26) suivant laquelle on oriente un faisceau de contrôle (14) d'un interféromètre (13) laser linéaire, et on fixe une position de la base (2) du laser de poursuite, -on translate de manière solidaire le dispositif réflecteur (10) du laser de poursuite et un second dispositif réflecteur (11) associé à l'interféromètre laser linéaire (13), pour emmener le second dispositif réflecteur (11) en des points de contrôle successifs (15, 16, 17, 18, 19, 20) régulièrement espacés le long de la droite de mesure (26), -on relève, pour chaque point de contrôle (15, 16, 17, 18, 19, 20), l'abscisse du point de contrôle mesurée par l'interféromètre laser linéaire (13) par rapport à un point de référence (Pto), et les coordonnées du premier dispositif réflecteur (10) correspondant au même point de contrôle, et estimées par le laser de poursuite (1).

Description

B11-3654FR 1 Procédé de vérification de la précision de mesure d'un laser de poursuite L'invention a pour objet un procédé permettant la vérification de la précision des mesures d'un appareil de type laser de poursuite. Un tel appareil permet, à l'aide d'une tête orientable, d'envoyer un faisceau de mesure vers un dispositif réflecteur, afin de déterminer les coordonnées spatiales tridimensionnelles du dispositif réflecteur.

L'invention a également pour objet de permettre de déterminer séparément les incertitudes associées à différents modes spécifiques de fonctionnement du laser de poursuite, selon que certains organes spécifiques du laser de poursuite sont sollicités ou non. On souhaite pour cela évaluer la précision du laser de poursuite, dans ses différents modes de fonctionnement, à l'aide de mesures « raccordées » aux étalons nationaux, c'est-à-dire à l'aide de moyens de mesure dont les valeurs seuils d'incertitude maximales de mesure ont été certifiées par un organisme agréé, par exemple, par la COFRAC (Comité Français d'accréditation).

Un laser de poursuite également appelé "laser tracker", comme par exemple le « Leica Absolute Tracker » comprend généralement deux dispositifs de mesure de distance : un dispositif interférométrique apte à mesurer l'éloignement d'un dispositif réflecteur le long d'un faisceau laser constamment dirigé vers ce dispositif réflecteur, et un système dit « ADM », de mesure absolue de distance, basée sur l'estimation du temps de vol d'un signal infrarouge vers le dispositif réflecteur, et qui ne nécessite pas de conserver l'historique du déplacement du dispositif réflecteur à partir de la source laser. Les deux systèmes fonctionnent de manière complémentaire. Le système interférométrique permet a priori une évaluation plus précise sur un déplacement du dispositif réflecteur qui a été constamment suivi par le faisceau de mesure. Le système ADM permet d'évaluer de manière relativement précise une position du dispositif réflecteur pour laquelle on n'a pu conserver un historique d'éloignement complet, par exemple parce qu'un objet est venu s'interposer, pendant les opérations de mesure, entre la source du laser de poursuite, et le dispositif réflecteur.

L'invention a en particulier pour but de proposer un procédé permettant d'évaluer les niveaux d'incertitude auxquels on peut s'attendre lorsque l'on détermine à l'aide du laser de poursuite la distance séparant deux points d'un objet à contrôler. A cette fin, il est proposé un procédé de vérification de la précision spatiale d'un système laser de poursuite, comportant une base supportant une tête de mesure multidirectionnelle apte à envoyer un faisceau de mesure en direction d'un premier dispositif réflecteur de position quelconque par rapport à la base, et comportant un système d'analyse apte à déterminer trois coordonnées spatiales de position de ce dispositif réflecteur. Dans ce procédé on effectue les étapes suivantes : -on choisit une droite de mesure suivant laquelle on oriente un faisceau de contrôle d'un interféromètre laser linéaire, et on fixe une position de la base du laser de poursuite, -on translate de manière solidaire le dispositif réflecteur du laser de poursuite et un second dispositif réflecteur associé à l'interféromètre laser linéaire, pour emmener le second dispositif réflecteur en des points de contrôle successifs régulièrement espacés le long de la droite de mesure, -on relève, pour chaque point de contrôle, l'abscisse du point de contrôle mesurée par l'interféromètre laser linéaire par rapport à un point de référence, et les coordonnées du premier dispositif réflecteur correspondant au même point de contrôle, et estimées par le laser de poursuite. Les coordonnées du dispositif réflecteur peuvent par exemple être les coordonnées d'un point central du dispositif réflecteur, ou les coordonnées d'un point particulier, comme une extrémité, de palpage, du dispositif réflecteur. Au cours de ce procédé, on effectue une série de mesures d'abscisses et une série de relevés de coordonnées en orientant le faisceau du laser de poursuite parallèlement au faisceau du laser linéaire. On relève alors une première série de valeurs d'abscisses et de coordonnées des deux dispositifs réflecteurs sans modifier l'orientation du faisceau de mesure du laser de poursuite. Puis on choisit une seconde droite de mesure avec des points de contrôle, on fixe une seconde position de la base du laser de poursuite de manière à ce qu'en pointant sur au moins un des points de contrôle de la seconde droite de mesure, le faisceau de mesure et le faisceau de contrôle ne soient pas parallèles, et on relève une seconde série de valeurs d'abscisses et de coordonnées des deux dispositifs réflecteurs. Avantageusement, on choisit la seconde droite de mesure et la seconde position de la base du laser de poursuite de manière à ce qu'au moins deux axes de rotation indépendants doivent être activés dans la tête de mesure pour que le faisceau de mesure puisse suivre le premier dispositif réflecteur le long de la seconde droite de mesure. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, pour chaque droite de mesure, on relève une série de mode continu de valeurs d'abscisses et de coordonnées des deux dispositifs réflecteurs, obtenues en enchaînant toutes les mesures sans interrompre le faisceau de mesure du laser de poursuite, et on relève une série de mode discontinu de valeurs, obtenues en interrompant le faisceau du laser de poursuite entre le relevé des coordonnées d'un point de contrôle et le relevé de coordonnées du point de contrôle suivant. Par interrompre le faisceau du laser de poursuite, on entend soit interposer un obstacle entre la tête du laser de poursuite et le dispositif réflecteur du laser de poursuite, soit, si le pilotage du laser de poursuite le permet, interrompre l'émission du faisceau laser pendant quelques instants sans interrompre le système d'acquisition du laser de poursuite. On peut effectuer la translation des deux systèmes réflecteurs au moyen d'un bras mobile d'une machine à mesurer tridimensionnelle. Le procédé peut être appliqué à un laser de poursuite équipé d'une caméra, d'une cible réflectrice avec un marquage d'axes et d'un système d'identification de la position angulaire des axes de la cible, dans lequel on relève pour chaque droite de contrôle une première série de valeurs à l'aide du laser de poursuite sans la caméra, le faisceau de mesure suivant un premier dispositif réflecteur, et on relève une seconde série de valeurs à l'aide de la caméra, le faisceau de mesure suivant alors la cible avec marquage d'axes. Pour chacune des séries de valeurs, le dispositif réflecteur ou la cible réflectrice est bien sûr déplacé solidairement avec le second dispositif réflecteur de l'interféromètre laser linéaire. Selon un mode de réalisation préféré, le premier dispositif réflecteur est un dispositif réflecteur de type sphérique et sans marquage d'axes. Selon un autre mode de réalisation possible, le premier dispositif réflecteur est la cible réflectrice avec marquage d'axes, assemblée au second dispositif réflecteur de manière identique pour les mesures avec et les mesures sans caméra. Pour la seconde série de valeurs, les coordonnées d'un point remarquable de la cible sont calculées en combinant les coordonnées d'un zone réflectrice de la cible déterminées par le système d'analyses, et l'orientation spatiale des axes de la cible déterminée à l'aide d'image acquises par la caméra. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, on effectue plusieurs allers-retours le long de chaque droite de mesure pour chacune des modalité retenue d'acquisition d'une série d'abscisses et de coordonnées, en relevant à chaque aller et à chaque retour pour tous les intervalles successifs entre deux points de contrôle, une longueur de l'intervalle estimée par le laser de poursuite et une longueur de l'intervalle contrôlée par le laser interféromètre linéaire.

La longueur mesurée de l'intervalle est calculée à partir des différences de coordonnées des deux points de l'extrémité d'intervalle, et la longueur contrôlée de l'intervalle est calculée à partir des différences d'abscisses des deux points d'extrémités de l'intervalle. Les longueurs mesurées et contrôlées peuvent être délivrées directement par des systèmes de calcul intégrés respectivement au laser de poursuite et à l'interféromètre laser linéaire, ou par un système de calcul externe auquel sont transmises les abscisses et/ou les coordonnées des différentes points de contrôle pour chaque déplacement effectué depuis le point de contrôle précédent.

De préférence, on établit, pour chaque modalité d'acquisition, une cartographie associant à chaque intervalle de déplacement une ou plusieurs valeurs statistiques calculées à partir des longueurs d'intervalle estimées et des longueurs d'intervalle contrôlées sur les allers retours successifs effectués pour cet intervalle de déplacement. Par modalité d'acquisition on entend par exemple le choix de la droite de mesure, le fait d'acquérir les valeurs en mode continu ou en mode discontinu, le fait d'acquérir les valeurs avec ou sans l'aide d'une caméra et d'une cible à marquage d'axes.

Selon un mode de mise en oeuvre avantageux on établit, pour chaque modalité d'acquisition, une cartographie associant à chaque intervalle de déplacement une ou plusieurs valeurs statistiques calculées à partir des différences entre une longueur d'intervalle estimée et la longueur d'intervalle contrôlée lors du même déplacement. Avantageusement, pour chaque modalité d'acquisition, on estime pour chaque intervalle une valeur d'incertitude de mesure, et on estime une incertitude maximale du laser de poursuite, qui est un maximum prenant au moins en compte les incertitudes sur une droite de mesure parallèle au faisceau de mesure et les incertitudes sur une droite de mesure non parallèle au faisceau de mesure. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation simplifiée d'un laser de poursuite, que l'on propose de contrôler selon une méthode correspondant à l'invention, - la figure 2 illustre un montage permettant d'effectuer une étape du contrôle proposé selon l'invention, - la figure 3 illustre un montage permettant d'effectuer une autre étape du contrôle proposé selon l'invention. On rappelle en figure 1 le principe de fonctionnement d'un laser de poursuite, qui est un appareil connu en soi.

Tel qu'illustré sur la figure 1, un laser de poursuite 1 comprend une base fixe 2 et une tête de mesure 3 mobile autour de deux axes de rotation x-x' et y-y'. L'axe y-y' est par exemple un axe vertical lié à la base 2, et l'axe x-x' peut être un axe horizontal tournant avec la tête de mesure 3. La mobilité de la tête de mesure est assurée par un premier ensemble moteur codeur 41 assurant la rotation de la tête autour de l'axe yy', et par un deuxième ensemble moteur-codeur assurant la rotation de la tête 3 autour de l'axe xx', chacun des ensemble moteur-codeur étant relié à un système 8 d'analyse et de commande du laser de poursuite 1. A l'intérieur de la base 2 du laser de poursuite sont disposés un système interférométrique 6 comprenant notamment une source laser 6a, et un dispositif optique 6b. Le dispositif optique 6b permet de scinder en deux le faisceau initial émis par la source 6a, et permet de combiner un faisceau réfléchi avec une partie du faisceau scindé. Le système interférométrique comprend également des moyens de détection et de calcul intégrés dans le système d'analyse 8, et aptes à calculer, à partir de l'intensité lumineuse résultant de la composition du faisceau réfléchi et du faisceau scindé, l'éloignement d'un dispositif réflecteur par rapport à la tête de mesure 3 Le laser de poursuite 1 comprend également, à l'intérieur de sa base 2, un système ADM 7 comprenant une seconde source laser 7a, de longueurs d'onde éventuellement différentes de la source laser 6a, et des dispositifs réflecteurs 7b aptes à envoyer le faisceau laser vers la tête de mesure 3, et à collecter un faisceau réfléchi arrivant dans la même direction. Le système ADM est également connecté à un système de calcul inclus au système d'analyse 8, permettant de calculer la distance du dispositif réflecteur ayant renvoyé le faisceau de la source 7a par rapport à la tête de mesure 3. La tête de mesure 3 est munie d'une fenêtre 5 apte à laisser passer les faisceaux des sources laser 6a et 7a en direction d'un dispositif réflecteur 9.

Un système optique (non représenté) disposé à l'intérieur de la tête de mesure 3 permet de réfléchir les faisceaux des sources 6a et 7a pour les envoyer en direction de la fenêtre 5, quelle que soit l'orientation de la fenêtre 5.

Une caméra 27, montée sur la tête de mesure 3, se déplace en même temps que la fenêtre 5 d'émission des faisceaux de mesure, et est configurée de manière à pouvoir enregistrer des images dans un angle solide entourant le faisceaux de mesure 4 émergeant de la fenêtre 5 et résultant de l'envoi conjoint du faisceau de la source ADM 7a et de la source interférométrique 6a. La caméra 27 est également couplée au système d'analyse 8, et est notamment capable de détecter les positions de diodes 29 d'un dispositif réflecteur 9 ayant la forme d'une sonde en T. Grâce aux positions détectées pour les diodes 29, le système d'analyse 8 est apte à calculer les coordonnées dans l'espace d'un vecteur V joignant les reliant le centre R d'une zone réflectrice 28 intégrée à la sonde 9, et un point de palpage M de la sonde 9. En couplant cette information, avec les informations de distance délivrées par le système interférométrique 6 et le système ADM 7, le système d'analyse 8 peut en déduire les coordonnées spatiales du point de palpage M de la sonde 9. Il est également possible d'utiliser le laser de poursuite 1 avec un dispositif réflecteur 10 (non représenté sur la figure 1 mais représenté schématiquement sur les figures 2 et 3) en forme de sphère dans laquelle est ménagée, en creux, une zone réflectrice multidirectionnelle (non représentée sur les figures). On peut alors utiliser le laser de poursuite sans activer la caméra ou le système d'analyse d'image associé, le système d'analyse 8 délivrant comme résultat de mesure les coordonnées du centre de la sphère enveloppe du dispositif réflecteur. La zone réflectrice 28 (uniquement représentée pour la sonde 9) comporte typiquement plusieurs miroirs perpendiculaires les uns aux autres afin de renvoyer le faisceau de mesure dans sa direction d'incidence sur le dispositif réflecteur 28.

L'invention propose un procédé de vérification qui permet d'estimer les incertitudes associées à des mesures de longueurs d'intervalles entre deux points de l'espace, les extrémités des intervalles se distribuant d'un espace proche de la tête de mesure 3, jusqu'à un espace distant de la tête de mesure. Le procédé permet en outre de différencer les incertitudes associées à différents modes de fonctionnement du laser de poursuite, par exemple le fonctionnement avec ou sans caméra, ou le fonctionnement avec ou sans rotation de la tête de mesure.

A cet effet, le montage illustré en figure 2 comprend le laser de poursuite 1, une source laser 12 associée à un système d'analyse interférométrique 13 et émettant un faisceau laser de contrôle 14, et une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) 32 portant au bout d'un bras mobile 33 un dispositif réflecteur sphérique 10 associé au laser de poursuite, ainsi qu'un dispositif réflecteur monodirectionnel 11 associé au système interférométrique d'analyse 13. Les deux dispositifs réflecteur 10 et 11 sont assemblés ensemble ou sont assemblés sur le bras de la MMT de manière à être translatés d'une distance identique quand le bras de la MMT se déplace. Le système d'analyse interférométrique 13 est apte à mesurer avec une précision connue, a priori supérieure à la précision du laser de poursuite 1, la distance séparant deux positions successives du dispositif réflecteur 11, le long du faisceau laser de contrôle 14. Pour effectuer la mesure des positions successives du dispositif réflecteur 11, il est cependant nécessaire que le faisceau laser 14 reste allumé et qu'il soit en incidence sur le dispositif réflecteur 11 pendant toute la durée de déplacement du dispositif réflecteur 11. Le dispositif réflecteur 11 est ainsi amené d'un point de mise à zéro Pto vers le premier point de mesure, puis vers les points de mesure suivants.

Pour des raisons d'encombrement de la source laser 12, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le faisceau 14 est renvoyé à 90° par un miroir plan 22 disposé à 45° de la direction du faisceau laser initialement émis par la source 12.

A l'aide du miroir 22, le faisceau de la source 12 est ainsi renvoyé pour s'aligner sur une droite de mesure 25 sensiblement horizontale. Le laser de poursuite 1 est disposé dans l'axe de la droite de mesure 25, de manière à ce que la tête de mesure 3 se trouve un peu au dessus de la droite de mesure 25. Le faisceau 4 du laser de poursuite 1 est aligné suivant une droite 25' parallèle à la droite de mesure 25. La tête de mesure 3, et donc la droite de mesure 25' est ici représentée au dessus de la droite de mesure 25, mais pourrait se trouver dans n'importe quelle position relative par rapport à la droite de mesure 25 au voisinage de celle-ci. Les dispositifs réflecteurs 10 et 11 assemblés à l'extrémité du bras mobile 33 de la MMT, sont placés de manière à intercepter respectivement le faisceau de mesure 4 du laser de poursuite et le faisceau de contrôle 14 émis par la source laser 12.

De manière préférentielle, la droite de mesure 25 est orientée parallèlement à un des axes principaux de déplacement de la MMT 32, par exemple parallèlement à un côté d'un marbre rectangulaire 34 associé à la MMT 32. On enregistre, dans le système de pilotage de la MMT, une première position 35 du réflecteur 11 le long de la droite de mesure 25. On enregistre également, dans le système de pilotage de la MMT, une seconde position Pto correspondant à une position où le dispositif réflecteur 11 se trouve également sur la droite de mesure 25, à proximité du miroir plan de renvoi 22.

Selon des variantes de mise en oeuvre du procédé, on peut envisager de placer la source laser 12 associée au système interférométrique 13 dans le prolongement de la droite de mesure 25 sans interposer des miroirs de renvoi 22. Dans ce cas, le second point Pto sera placé à proximité de la source laser 12.

L'utilisation du miroir de renvoi 22 permet de placer en parallèle le faisceau de mesure 4 du laser de poursuite 1 et le faisceau de contrôle 14 du système interférométrique linéaire 13, tout en assurant que les points de mise à zéro des deux dispositifs réflecteurs, correspondant à une même position du bras 33 de la MMT se trouvent à la fois à une faible distance parcourue depuis la source laser, pour le faisceau de mesure 4 et pour le faisceau de contrôle 14. On pourrait ne pas utiliser de miroir de renvoi 22, en plaçant par exemple le laser de poursuite 1 à côté de la source laser 12, ou en les plaçant l'un devant l'autre. Si on les place l'un devant l'autre, on a avantage à placer en avant -dans le sens d'émission du faisceau laser-le dispositif le moins encombrant -suivant la direction d'émission du faisceau laser-, et on a avantage à placer le second dispositif derrière le premier dispositif de mesure. On peut alors les placer par exemple de manière à ce que le faisceau du second dispositif se trouve au dessus du faisceau du premier dispositif. Une fois les positions 35 et Pto enregistrées dans un système de pilotage de la MMT, on programme, dans le système de pilotage de la MMT, les coordonnées de points 15, 16, 17, 18, 19, 20 appartenant à la droite de mesure 25. Ces points sont choisis de préférence pour être espacés régulièrement entre eux. On vient placer les deux dispositifs réflecteurs 10 et 11 à la position Pto, et on effectue la mise à zéro du système interférométrique d'analyse 13 et la mise à zéro du laser de poursuite 1. On commande ensuite la MMT 32 pour qu'elle vienne positionner l'extrémité du bras 33 portant les deux dispositifs réflecteurs 10 et 11, successivement en chaque point 15, 16, 17, 18, 19, 20... On impose ainsi à la MMT 32 de parcourir les points successifs 15, 16, 17, 18, 19, 20...dans une première direction le long de la droite de mesure 25, par exemple en s'éloignant du point de mise à zéro Pto, puis on lui impose de parcourir les mêmes points en sens inverse. Les points de déplacement programmés peuvent typiquement comprendre un premier point d'extrémité 15 situé à proximité de la source laser 12, un second point d'extrémité 20 situé à distance de la source laser 12 et des points intermédiaires 16, 17, 18, 19... On pourrait envisager une variante de réalisation où la source laser 12 et où le laser de poursuite 1 sont situés de part et d'autre de la zone de mesure retenue le long de la droite de mesure 25, si bien que les deux dispositifs réflecteurs s'éloigneraient du laser de poursuite 1 au fur et à mesure qu'ils se rapprocheraient de la source laser 12 du système interférométrique linéaire 13. Il est cependant préférable que la source laser 12 et le laser de poursuite 1 soient placés du même côté de l'intervalle de mesure retenu, afin d'estimer avec la meilleure précision possible le niveau d'incertitude du laser de poursuite 1 au voisinage de sa tête de mesure 3, c'est-à-dire dans la zone où le laser de poursuite 3 est lui-même le plus précis. Selon les distances de mesure préconisées par le fabricant pour le laser de poursuite 1, la longueur de l'intervalle Pto-point 35 peut par exemple avoir une longueur de 5 mètres, et les points de mesure 14, 16, 17, 18, 19, 20... peuvent par exemple être espacés de 500 mm, ce qui définit dix intervalles de mesure 21, 23, 24, le long de la droite de mesure 25.

On définit un intervalle de mesure 21 correspondant à l'intervalle reliant les points 15 et 16, un intervalle de mesure 23 reliant les points de mesure 16 et 17, un intervalle de mesure 24 reliant les points de mesure 17, 18, etc... Il est également possible de choisir d'autres longueurs d'intervalle de mesure, par exemple des longueurs de l'ordre de 10 mètres, en multipliant le nombre de points de mesure, ou en espaçant les points de mesure entre eux. On commence par effectuer une mise à zéro du laser de poursuite 1 et une mise à zéro du système interférométrique linéaire 13 pour la même position du bras 33 de la MMT, le dispositif réflecteur 11 se trouvant au point Pto et le dispositif réflecteur 10 se trouvant au point qui lui est lié le long de la droite 25'. On effectue ensuite un ou plusieurs balayages de mesure : on positionne le dispositif réflecteur 11 à un point de mesure de la droite de mesure 25, le dispositif réflecteur 10 se trouvant au point correspondant le long de la droite 25', on enregistre une abscisse du dispositif réflecteur monodirectionnel 11 mesuré par le système interférométrique linéaire 13, et on en registre les coordonnées correspondantes du dispositif réflecteur 10 enregistrées par le système d'analyse 8 du laser de poursuite 1. On effectue cette opération en un point de la droite, on déplace le bras de la MMT au point suivant, et on relève une nouvelle abscisse du dispositif réflecteur 11 et un nouveau jeu de coordonnées tridimensionnelles du dispositif réflecteur 10. A partir des différences d'abscisses entre un point et le point suivant, on relève une "longueur d'intervalle contrôlée" correspondant à la longueur de l'intervalle telle que déterminée par le système interférométrique 13. On détermine en parallèle une "longueur d'intervalle estimée" correspondant à la longueur du même intervalle calculée à partir des coordonnées relevées par le laser de poursuite 1. La différence entre la longueur d'intervalle estimée et la longueur d'intervalle contrôlée est reportée dans un tableau qui peut par exemple se présenter comme le tableau 1. 13 Tableau 1 : i abscisse Aller 1 Retour 1 Aller 2 Retour 2 Aller 3 Retour 3 Aller 4 Retour 4 justesse il Répét. Fidélité IG, rep, f, 1 0 0,000 0,007 0,000 0,002 0,000 0,006 0,000 -0,002 0,002 0,003 0,003 0,011 2 500 -0,010 0,003 -0,005 -0,005 -0,006 -0,002 -0,009 -0,003 -0,005 0,004 0,005 0,018 3 1000 0,004 0,013 0,009 0,009 0,002 0,008 0,001 0,008 0,007 0,004 0,005 0,019 4 1500 -0,003 0,005 0,003 0,003 -0,007 -0,002 0,000 0,002 0,000 0,004 0,003 0,010 5 2000 -0,003 0,001 -0,002 0,009 -0,006 -0,002 -0,002 0,000 -0,001 0,005 0,005 0,014 6 2500 0,002 0,001 0,003 0,005 -0,004 -0,004 -0,001 -0,001 0,000 0,003 0,001 0,007 7 3000 0,001 0,004 0,001 0,007 -0,003 0,002 -0,002 0,001 0,001 0,003 0,003 0,011 8 3500 0,003 0,005 0,002 0,004 -0,002 -0,005 -0,002 -0,004 0,000 0,004 0,002 0,008 9 4000 -0,001 0,004 0,002 0,009 -0,002 0,001 -0,001 0,001 0,002 0,003 0,003 0,011 10 4500 -0,001 -0,001 0,001 0,001 -0,004 -0,001 -0,003 -0,004 -0,001 0,002 0,001 0,006 11 5000 -0,016 -0,014 -0,012 -0,011 -0,020 -0,016 -0,015 -0,019 -0,015 0,003 0,002 0,023 5 Le tableau 1 présente une succession de colonnes où sont inscrites les différences entre longueurs d'intervalle mesurées et longueurs d'intervalle contrôlées, pour chaque aller ou pour chaque retour le long de la droite de mesure 25. Ici, quatre allers-retours successifs ont été effectués. Chaque intervalle de mesure est repéré par une abscisse de son point d'arrivée, par exemple 0 pour le premier point d'extrémité, 5000 pour le second point d'extrémité, 500 pour le premier point intermédiaire, 1000 pour le second point intermédiaire, 1500 pour le troisième point intermédiaire, ... Les huit valeurs successives de différences d'une même ligne sont ensuite traitées de manière statistique, pour calculer différentes valeurs statistiques repérées ici par les dénominations « justesse », « répétabilité », « fidélité », « Incertitude Globale (IG) ».

D'autres valeurs statistiques pourraient être inscrites dans le tableau, toujours calculées à partir des différences obtenues, pour chaque intervalle, à chaque aller et à chaque retour, entre la longueur d'intervalle estimée par le laser de poursuite 1 et la longueur du même intervalle mesurée par le dispositif interférométrique linéaire 13. En multipliant le nombre d'allers-retours effectués et donc le nombre de mesures, on obtient une valeur statistique plus représentative. En effectuant à chaque fois au moins un aller-retour sans réinitialiser le laser de poursuite entre l'aller et le retour, on peut faire apparaître dans le tableau les phénomènes éventuels liés à une hystérésis de fonctionnement du laser de poursuite. Les valeurs statistiques qui sont déterminées à partir des valeurs comparées de longueur entre les longueurs d'intervalle estimées et les longueurs d'intervalle mesurées, et qui sont ici reportées dans le tableau 1, pourraient également être reportées dans une cartographie séparée, fonction des différents intervalles de mesure. Les valeurs statistiques calculées sont généralement choisies de manière à quantifier de manière ou d'autre, d'une part, la justesse de la mesure, et d'autre part, sa reproductibilité.

Par justesse on entend la proximité des valeurs estimées par le laser de poursuite, par rapport à la valeur réelle ou théorique, et par reproductibilité on entend l'aptitude à obtenir à l'aide du laser de poursuite deux mesures successives suffisamment proches lorsque l'on effectue la mesure sur un même intervalle. Une incertitude globale peut être déterminée, suivant différentes formules statistiques présentes dans la littérature, pour chaque série de mesures aller-retour d'un intervalle de la diagonale, c'est-à-dire pour chaque ligne du tableau. Une incertitude globale du laser de poursuite le long de la droite de mesure 25 peut ensuite être déterminée, comme la valeur maximale de toutes les incertitudes globales déterminées pour chaque intervalle de mesure. Le tableau 1 illustre les résultats des valeurs collectées lors de l'exploration d'une droite de mesure 25 telle qu'illustrée en figure 2 selon la méthode décrite plus haut. De manière préférentielle, on établit au moins un tableau similaire à partir de longueurs d'intervalles estimées et de longueurs d'intervalles contrôlées relevées le long d'une droite de mesure 26 choisie de manière à ce qu'au moins deux axes de rotation indépendants doivent être activés dans la tête de mesure 3 pour que le faisceau de mesure puisse suivre le premier dispositif réflecteur le long de la seconde droite de mesure. On peut également établir un tableau similaire pour d'autres conditions de mesure qui seront détaillées plus loin, et déterminer une incertitude globale associée à chacune de conditions de mesure.

A titre d'exemple, on peut calculer pour chaque ligne i de chaque tableau une valeur de justesse ji, une valeur de répétabilité reps, une valeur de fidélité fi, et une incertitude globale IGi. On peut par exemple choisir de définir les différentes valeurs suivant les équations qui suivent.

Justesse ji associée à l'intervalle i : -2n L (8i aller + 8i retour) n allers-retours Où : n est le nombre d'allers-retours effectués le long de la diagonale comprenant l'intervalle i, (équation 1) Baller est la différence de longueur mesurée lors du balayage aller entre la longueur estimée de l'intervalle telle que déterminée par le système de repérage de la MMT et la longueur de l'intervalle mesurée par l'interféromètre, 6retour est la même différence lors du balayage retour de la diagonale par la MMT. Répétabilité repi associée à l'intervalle i : E, reps n allers-retours (8i aller + (8i retour i)2 n-1 (équation 2) où ji est la justesse associée au même intervalle et calculée à l'équation (1). Fidélité fi associée à l'intervalle i: fl = (8i aller 8i retour)2 (équation 3) n allers-retours IGi incertitude globale associée à l'intervalle i: IGi = ji+2Vrepi 2 ± fi 2 (équation 4) Le tableau 1 n'est qu'un exemple de tableau de contrôle qu'on peut mettre en place. D'autres valeurs statistiques peuvent être sélectionnées pour être calculées à partir des longueurs d'intervalles déterminées en parallèle par le système de repérage de la machine et par l'interféromètre 12. Les lignes, indicées "i" du tableau peuvent correspondre aux intervalles ou peuvent correspondre au point d'arrivée lors de la mesure de chaque intervalle, comme dans l'exemple illustré par le tableau 1. Il est à noter que dans le cas où la répétabilité des mesures est élevée, mais qu'il existe des écarts de justesse sensiblement plus élevés pour un intervalle particulier que pour les autres intervalles, les valeurs d'écart de justesse relevées peuvent éventuellement servir à corriger l'étalonnage du laser de poursuite 1. Les tableaux obtenus pour les différentes conditions de mesures, par exemple pour la droite de mesure 25 quasiment alignée avec la tête de mesure du laser de poursuite, et pour la droite de mesure 26 non alignée avec la tête du laser de poursuite, et permettent de définir une incertitude globale de mesure associée à chaque condition de mesure ou groupe de conditions de mesures, ainsi qu'une incertitude globale maximale du laser de poursuite, qui est le maximum de toutes les incertitudes relevées. La figure 3 illustre une autre configuration de montage qui permet d'obtenir dans des conditions différentes, des longueurs d'intervalle estimées et des longueurs d'intervalle contrôlées aptes à être ensuite traitées de manière statistique dans un tableau tel que par exemple le tableau 1. Dans les conditions de mesure illustrées en figure 2, les estimations des coordonnées successives des points de mesure 15, 16, 17, ...20, peuvent être effectuées par le laser de poursuite 1 sans actionner les moteurs-codeurs 41 ni 42. La détermination des coordonnées tridimensionnelles de chaque point de mesure 15, 16, 17, 20...nécessite à la fois de connaître les distances du réflecteur 10 à la tête de mesure 3 ainsi que l'orientation dans l'espace de la tête de mesure 3. Une valeur d'incertitude déterminée dans la configuration d'essai décrite à la figure 2 ne permet donc pas de refléter les erreurs de mesure potentiellement induites par d'éventuelles imprécisions dues aux codeurs des ensembles 41 et 42, quand ceux-ci sont sollicités. En revanche, la série de mesures réalisée dans la configuration de la figure 2 permet de connaître une précision « maximale » que l'on peut espérer du laser de poursuite 1, puisque alors son mode de fonctionnement se rapproche du mode de fonctionnement d'un système laser interférométrique comme le système 13. Afin de disposer d'une estimation d'incertitude reflétant d'éventuelles erreurs induites par le fonctionnement des codeurs des ensembles 41 et 42, il est proposé une série de mesures dans une configuration semblable à celle illustrée en figure 2, et illustrée à la figure 3 On retrouve sur la figure 3 des éléments communs à la figure 2, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références.

Dans la configuration illustrée en figure 3, le faisceau de la source laser 12 associée au système interférométrique linéaire 13 est placé suivant une droite de mesure 26 inclinée par rapport à un plan horizontal et parallèle à un bord vertical bordant le marbre 34 associé à la MMT 32.

La droite de mesure 26 peut ainsi être éventuellement parcourue par la machine à mesure 32 en actionnant seulement deux moteurs de déplacement, le troisième restant fixe. Le laser de poursuite 1 est disposé à distance de la droite de mesure 26, c'est-à-dire ici éloigné de la droite de mesure 26 suivant la direction perpendiculaire au côté du marbre 34 cité précédemment. Les dispositifs réflecteurs 10 et 11 sont ici également disposés l'un au dessus de l'autre, liés à l'extrémité du bras mobile 33 de la MMT. Le dispositif monodirectionnel 11 est tourné vers la source laser 12, alors que le dispositif réflecteur sphérique 10 est orienté de manière à pouvoir réfléchir préférentiellement des faisceaux lumineux lui parvenant dans un angle solide entourant la direction perpendiculaire au premier côté du marbre 34, donc en particulier un faisceau de mesure 4 lui parvenant de la tête 3 du laser de poursuite. On enregistre dans le système de pilotage de la MMT 32 des points de mesure 15, 16, 17, 20 appartenant à la droite de mesure 26, les points d'extrémité 15 et 20 étant choisis pour que le faisceau 4 puisse être renvoyé par le réflecteur 10 quand le bras 33 se trouve dans l'une ou l'autre de ces deux positions, sans changer le dispositif d'assemblage du réflecteur 10 sur le bras 33.

On effectue une acquisition de valeurs contrôlées et de valeurs estimées de longueurs d'intervalles de mesure 21, 23, 24... le long de la droite de mesure 26, suivant la même procédure que celle décrite pour la figure 2, c'est à dire en balayant les points de mesure dans un sens de parcours puis dans l'autre sens. On consigne, de manière similaire, les résultats dans un tableau statistique similaire au tableau 1 mis en place pour exploiter les résultats obtenus lors de l'acquisition de données dans la configuration de la figure 2. Dans la configuration de la figure 3, lorsque la machine à mesurer 32 déplace le réflecteur 10 d'un point de mesure au point de mesure suivant, par exemple du point 15 au point 16, les deux ensembles moteur-codeur 41 et 42 de la tête de mesure 3 doivent être actionnés pour que le faisceau 4 du laser de poursuite 1 puisse être dirigé successivement vers le premier point de mesure et vers le second point de mesure. Sur la figure 3, sont par exemple illustrées des directions 4a, 4b, 4c, 4d correspondant respectivement aux directions du faisceau du laser de poursuite 1 pour le point de mise à zéro Pto, pour un point intermédiaire 17, pour un point d'extrémité 20 et pour un point de réglage 35. L'incertitude globale déterminée à l'aide du nouveau tableau statistique obtenu dans cette configuration, permet de mettre en lumière les incertitudes liées au fonctionnement des ensembles moteurs-codeurs 41 et 42.

Chacune des deux dispositions de la figure 2 et de la figure 3 peut donner lieu à d'autres séries de mesures, qui permettent de mettre en lumière d'autres effets de certains modes de fonctionnement particuliers du laser de poursuite 1. Par exemple, le laser de poursuite 1 peut fonctionner comme un laser interférométrique orientable si toutes les mesures d'une série de mesures, sont effectuées sans que le faisceau laser du système interférométrique 6 soit interrompu, et sans qu'un obstacle soit interposé entre la source laser 6a de ce système et le dispositif réflecteur 10.

Le système ADM sert alors essentiellement à permettre de localiser le sens de déplacement de la cible pour permettre aux systèmes moteurs-codeurs 41 et 42 de suivre le dispositif réflecteur ou cible 10.

Si cependant le faisceau laser de la source 6a du laser de poursuite 1 est interrompu entre deux mesures de position successives, le déplacement entre ces deux positions est estimé à l'aide du système ADM 7, dont la précision est différente de celle du système interférométrique 6. On peut donc effectuer une première série d'acquisitions de mesures, aussi bien dans la configuration de la figure 1 que dans la configuration de la figure 2, en maintenant le système interférométrique 6 toujours branché, le faisceau de mesure 4 étant toujours incident sur le dispositif réflecteur 10. Le dispositif réflecteur doit pour cela être déplacé par la machine à mesurer 32 à une vitesse permettant au système d'analyse 8 du laser de poursuite d'actionner les moteurs-codeurs 41 et 42 à une vitesse suffisante. On peut ensuite effectuer une seconde série de mesures où l'on vient interposer un obstacle opaque entre la tête de mesure 3 et le dispositif réflecteur 10 au cours de chaque déplacement du faisceau 4 du laser de poursuite d'un point de mesure au point de mesure suivant. On peut également, entre chaque point de mesure, désactiver la source laser 6a si les réglages du laser de poursuite le permettent sans réinitialiser le système de repérage du système d'analyse 8. Chacune des configurations spatiales de mesure de la figure 2 et de la figure 3 peut ainsi donner lieu à deux tableaux de mesure différents et donc, à deux valeurs d'incertitude globale de mesure reflétant l'une, une précision davantage tributaire du système interférométrique 6, et l'autre, une précision dépendant essentiellement du système ADM 7. Dans les modes de mesure décrits jusqu'ici, les incertitudes ont été déterminées à l'aide d'un dispositif réflecteur sphérique 10. Il est également possible, dans chacun des modes d'acquisition des tableaux statistiques précédemment décrits, d'effectuer l'acquisition en remplaçant le réflecteur sphérique 10 par la sonde 9 "en T" illustrée en figure 1, et en activant pour cela la caméra 27 et le système d'analyse d'images associé.

Les incertitudes globales estimées à l'aide d'un tableau dont les valeurs ont été obtenues en suivant la sonde en T à l'aide de la caméra, permettent de mettre en lumière une éventuelle incertitude supplémentaire induite par le système d'analyse d'images.

Dans la configuration de la figure 2, une série de mesures obtenues en utilisant la caméra 27 permet de mettre en valeur un effet de la caméra sans changement d'orientation des axes de la sonde en T entre deux points successifs. Dans la configuration géométrique de la figure 3, la tête de mesure 3 étant « contrainte » de tourner entre deux points de mesure successifs, on met en lumière l'effet de la caméra avec changement d'orientation des axes de la sonde en T par rapport à la tête de mesure. Il est avantageux de démultiplier les modes d'acquisition de mesure pour obtenir une incertitude globale spécifique associée à chaque mode de fonctionnement. Parmi les conditions décrites précédemment, on dénombre déjà huit types d'incertitudes globales particuliers : l'acquisition pouvant en effet à la fois se faire avec les faisceaux 4 et 14 alignés (figure 2) ou les faisceaux 4 et 14 croisés (figure 3), chacun de ces modes d'acquisition pouvant être effectué avec un faisceau 4 actif en continu ou un faisceau 4 interrompu entre deux points de mesure, et pour chacun de ces modes d'acquisition, le dispositif réflecteur utilisé peut être le dispositif sphérique, en désactivant l'utilisation de la caméra 27, ou peut être le dispositif réflecteur 9 ou sonde en T, couplé à l'utilisation de la caméra 27.

La méthodologie de détermination des incertitudes globales de mesure selon l'invention permet de déterminer, pour un laser de poursuite, une valeur d'incertitude qui peut être attachée à un référentiel connu puisqu'il existe des systèmes interférométriques linéaires d'analyse dont la précision est certifiée et chiffrable par rapport aux étalons nationaux. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation écrits, et peut se décliner en de nombreuses variantes. L'orientation dans l'espace des droites de mesure 25 et 26 pourrait être autre que parallèle à une des faces du marbre de mesure.

La droite de mesure 25 pourrait être autre qu'horizontale, pourvu que le faisceau de mesure 4 et le faisceau de contrôle 14 soient parallèles. La droite de mesure 26 pourrait être placée selon une direction particulière horizontale et verticale pourvu que le laser de poursuite soit placé de manière à ce que les deux systèmes moteurs-codeurs 41 et 42 soient sollicités. Enter deux points de mesure, l'assemblage des deux réflecteurs 10 et 11 et des deux réflecteurs 9 et 11 pourrait être translaté par un dispositif autre qu'une machine à mesurer tridimensionnelle, par exemple par un bras robotisé, ou manuellement le long d'un rail construit à cet effet. Le procédé pourrait être appliqué à des lasers de poursuite utilisant plus que deux faisceaux distincts pour déterminer les coordonnées du dispositif réflecteur, ou à des lasers de poursuite simplifiés ne disposant que d'un système ADM sans disposer d'un système interférométrique. Une acquisition dans chacune des dispositions géométriques des figures2 et 3 resterait alors pertinente, et dans le cas d'un laser à faisceaux multiples, des séries d'acquisitions pourraient être prévues en n'activant à chaque fois qu'une partie des faisceaux de mesure.

La méthodologie selon l'invention de vérification d'un laser de poursuite permet à la fois de déterminer une incertitude globale prenant en compte le maximum de modalités de fonctionnement différentes, et permet également, en comparant à chaque fois deux groupes bien choisis de résultats de tableaux d'analyses, de se faire une idée de l'amplitude des incertitudes induites par certains modes de fonctionnement particuliers.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de vérification de la précision spatiale d'un système laser de poursuite (1) comportant une base (2) supportant une tête (3) de mesure multidirectionnelle apte à envoyer un faisceau de mesure (4) en direction d'un premier dispositif réflecteur (9,10) de position quelconque par rapport à la base (2), et comportant un système d'analyse (8) apte à déterminer trois coordonnées spatiales de position de ce dispositif réflecteur (9,10), procédé dans lequel on effectue les étapes suivantes : -on choisit une droite de mesure (25,26) suivant laquelle on oriente un faisceau de contrôle (14) d'un interféromètre (13) laser linéaire, et on fixe une position de la base (2) du laser de poursuite, -on translate de manière solidaire le dispositif réflecteur (10) du laser de poursuite et un second dispositif réflecteur (11) associé à l'interféromètre laser linéaire (13), pour emmener le second dispositif réflecteur (11) en des points de contrôle successifs (15, 16, 17, 18, 19, 20) régulièrement espacés le long de la droite de mesure (25,26), -on relève, pour chaque point de contrôle (15, 16, 17, 18, 19, 20), l'abscisse du point de contrôle mesurée par l'interféromètre laser linéaire (13) par rapport à un point de référence (Pto), et les coordonnées du premier dispositif réflecteur (10) correspondant au même point de contrôle, et estimées par le laser de poursuite (1).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on oriente le faisceau (4) du laser de poursuite parallèlement au faisceau (14) du laser linéaire, on relève une première série de valeurs d'abscisses et de coordonnées des deux dispositifs réflecteurs (10, 11) sans modifier l'orientation du faisceau (4) de mesure du laser de poursuite, puis on choisit une seconde droite de mesure (26) avec des points de contrôle (15, 16, 17, 18, 19, 20), on fixe une seconde position de la base (2) du laser de poursuite (1) de manière à ce qu'en pointant sur au moins un des points de contrôle (15, 16, 17, 18, 19, 20) de la seconde droite de mesure (26), le faisceau de mesure et le faisceau de contrôle ne soientpas parallèles, et on relève une seconde série de valeurs d'abscisses et de coordonnées des deux dispositifs réflecteurs (10, 11).
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on choisit la seconde droite de mesure (26) et la seconde position de la base (2) du laser de poursuite (1) de manière à ce qu'au moins deux axes de rotation (xx', yy') indépendants doivent être activés dans la tête de mesure (3) pour que le faisceau de mesure (4) puisse suivre le premier dispositif réflecteur (9, 10) le long de la seconde droite de mesure (26).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque droite de mesure (25, 26), on relève une série de mode continu de valeurs d'abscisses et de coordonnées des deux dispositifs réflecteurs (10,11), obtenues en enchaînant toutes les mesures sans interrompre le faisceau (4) de mesure du laser de poursuite (1), et une série de mode discontinu de valeurs, obtenues en interrompant le faisceau du laser de poursuite entre le relevé des coordonnées d'un point de contrôle (15, 16, 17, 18, 19, 20) et le relevé de coordonnées du point de contrôle suivant..
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on effectue la translation des deux systèmes réflecteurs (10, 11) au moyen d'un bras mobile d'une machine à mesurer tridimensionnelle.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à un laser de poursuite équipé d'une caméra (27), d'une cible réflectrice (9) avec un marquage d'axes et d'un système d'identification de la position angulaire des axes de la cible, dans lequel on relève pour chaque droite de contrôle (25, 26) une première série de valeurs à l'aide du laser de poursuite (1) sans la caméra (27), le faisceau de mesure suivant un premier dispositif réflecteur (9, 10), et on relève une seconde série de valeurs à l'aide de la caméra (27), le faisceau de mesure suivant alors la cible (9) avec marquage d'axes.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on effectue plusieurs allers-retours le long de chaque droite de mesure (25, 26) pour chacune des modalité retenue d'acquisition d'une série d'abscisses et de coordonnées, en relevant à chaque aller et àchaque retour pour tous les intervalles successifs (21, 23, 24) entre deux points de contrôle (15, 16, 17, 18, 19, 20), une longueur de l'intervalle estimée par le laser de poursuite et une longueur de l'intervalle contrôlée par le laser interféromètre linéaire.
8. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on établit, pour chaque modalité d'acquisition, une cartographie (tableau 1) associant à chaque intervalle de déplacement une ou plusieurs valeurs statistiques (ji, reps, IG,) calculées à partir des longueurs d'intervalle estimées et des longueurs d'intervalle contrôlées sur les allers retours successifs effectués pour cet intervalle ("i") de déplacement.
9. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on établit, pour chaque modalité d'acquisition, une cartographie associant à chaque intervalle ("i") de déplacement une ou plusieurs valeurs statistiques (ji, reps, IG,) calculées à partir des différences entre une longueur d'intervalle estimée et la longueur d'intervalle contrôlée lors du même déplacement.
10. 10. Procédé selon les revendications 2, 7 et 9 combinées, dans lequel, pour chaque modalité d'acquisition, on estime pour chaque intervalle ("i") une valeur d'incertitude de mesure (IG,), et on estime une incertitude maximale du laser de poursuite (1), qui est un maximum prenant au moins en compte les incertitudes sur une droite de mesure (25) parallèle au faisceau de mesure et les incertitudes sur une droite de mesure (26) non parallèle au faisceau de mesure (4).