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~OZ~S4S
La presente invention concerne les dispositifs pour déterminer le pro-
fil d'une surface et plU8 particulièrement les d;spositifs pour déterminer le
profil de la surface t'une route ou d'un tunnel.
On connait un dispositif pour determiner le profil d'une surface,
comportant une æource d'un faîsceau formant sur cette surface une tache
lumineuse, des moyens pour que cette tache se deplace sur la surface et un
syst~ detecteur dont l'axe coupe le faisceau au voisinage de la surface
pour définir un niveau de référence. Le système détecteur comprend d'une part
un tube photomuleiplicateur du type dit "~ balayage", c'eæt-à-dire comportant ;~
tes moyens de balayage électronique de sa surface de reception et d'autre part
un objectif pour former l'i _ ge de la tache sur cette surface de reception. Le
dispositif comporte en outre des moyens pour déteroiner, par une mesure de
te ps de balayage, la distance de l'image au centre de la surface de r~ception,
cette tistance etant repré8entative de l'ecart entre la tache lumineuse et le
niveau do référence.
Ce dispositif présente l'inconvénient d'être assez imprécis. En effet,
.
il n'est~pas po~sible d'effectuer un no~bre de mesures suffisant sur une sur-
4ace donnée, principale # nt parce que le8 tubes photomultiplicateurs à balayage
ont de faible~ caract~ri-tiques de résolution et de fréquence de balayage.
La présente invention a pour but te pallier cet inconvénient.
La pr~ente invention a pour objet un di8positif pour téterminor le
profil d'une surface, tispositif comportant :
- une source comportant un g~nérateur de lu~ière pour créer un faisceau
formant sur cette surface une tache lu~ineuse,
- un y8tè~e détecteur comprenant un objectif et un élement photo~ensible
ti~posé dans le plan focal de cet objectif pour fournir un signal de sortie
lor~que cet objectif fo o l'i~age de latite tache sur cet element photo~ensible,
ce ysteme detecteur définissant un axe de détection coupant letit faisceau,
- tes ~oyens pour entrainer en rotation ledit faisceau et ledit axe de detec-
tion respectivement autour t'un premier axe te rotation et d'un teuxième
axe te rotation, chacun te ce~ axes te rotation coupant ce faisceau et cet axe
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de détection, de telle sorte que ce faisceau et cet axe de detection restent
dans un m~me plan,
caracterisé par le fait
- que ladite source comporte en outre des moyens pour que ledit faisceau balaie
un secteur angulaire dudit mme plan, la vitesse de balayage etant elevee par
rapport à celle de la rotation tu faisceau et dudit axe de détection,
- et qu'il comporte en outre des moyens pour mesurer l'angle que fait le fais-
ceau avec ledit axe de détection à l'instant ou ledit signal de sortie est
fourni par ledit element photosensible.
La presente invention sera mieux comprise au cours de la description
8uivante donnee en regard du dessin annexe ~ titre illustratif mais nullement
limitatif, dans lequel la figure I represente le schéma de principe du dispo6i-
tif selon l'invention, la figure 2 un mode de réalisation avantageux d'un
dispositif selon l'invention et la figure 3 une variante de reali~ation d'une
partie du dispositif illustré par la figure 2.
Le dispositif représenté sur la figure I comprend un genérateur I
t'un faisceau lumineux 2 dirige vers une surface dont le profil est a d8termi-
ner ; l'axe du faisceau 2 coupe la surface en 3 de maniere que ce faisceau
forme une tache lumineuse sur cette surface. Ce dispositif comporte en outre
un systeme détecteur forme d'un objectif 5 et d'un élément photosensible 6
place au foyer de cet objectif, Ce 4ystème detecteur definit un axe te detec-
tion 4 qui coupe le faisceau 2 en un point 7 situe a proximité de la surface.
Le dispo~itif comporte en outre tes moyens pour faire tourner d'une part le
faisceau 2 àutour t'un axe te rotation 9 coupant le faisceau 2 et l'axe 4, et
d'autre part l'axe 4 autour t'un axe te rotation 8 coupant aussi le faisceau 2
et l'axe 4. La rotation tu faisceau 2 et te l'axe 4 s'effectuent te sorte que
ce faisceau et cet axe restent a chaque instant tans un même plan qui, tans la
position representee est le plan te la figure 1.
Le tispositif comporte aussi tes Doyens pour que le faisceau 2 balaie
un secteur 10 te ce plan, ces D yens pouvant comprendre par exemple un devia-
teur 1I du faisceau. Au cours du balayage, la tache for~ee par le faisceau sur
la surface decrit une partie de la trace 12 de ce plan sur cette surface.
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Lorsque le faisceau passe par le point 13 d'intersection de la trace 12 avec
l'axe 4, son axe 14 fait un angle a avec l'axe 4 et l'objectif 5 forme sur
l'élément photosensible 6 l'in~ge de la tache lumineuse du faisceau sur la
surface. Etant donné que la distance du point 7 à l'axe 8 est constante et que
la disposition du faisceau 2 par rapport a l'axe 4 est parfaitement définie,
l'angle a est représentatif de la distance H entre le point 7 et le point 13.
Ce dispositif compbrte tes moyens pour mesurer l'angle . Ces moyens peuvent
être des yens de mesure de l'angle B entre le faisceau 2 et l'axe 14. En
effet, l'angle B est égal à l'angle a ~ une valeur constante pr~s puisque, si
on appelle y l'angle constant entre le faisceau 2 et l'axe 4, on a :
a - ~ I y .
Le dispo~itif représenté sur la figure I fonctionne de la manière sui-
vante. Au cours te la rotation du faisceau 2 et de l'axe 4 respectivement au-
tour tes axes 9 et 8, le point 7 décrit une courbe de référence et le point 13
un profil de la surface à étudier. La détermination de ce profil consiste à
mesurer la tistance H entre la courbe te référence et divers points de ce pro-
fil, c'est-à-dire comme il a été décrit ci-dessus, à mesurer la valeur de l'an-
gle ~ ou de l'angle ~ au cours du balayage du secteur 10 par le faisceau
lumineux. La vitesse de ce balayage est de préférence beaucoup plus rapide que
la vitesse te rotation du fai8ceau 2 et te l'axe 4 afin te pouvoir efectuer
un grant nombre de points te mesure au cours d'une rotation du faisceau.
Le dispositif illustré par la figure I est particulièrement adapté à
la tétermination du profil d'un tunnel. Dans ce cas, les axes 8 et 9 sont
avantageu-sement confondus par exemple suivant l'axe 8 et l'axe 4 est perpen-
diculaire à l'axe 8 orienté lui-m~e dans une direction sensiblement parallèle
à l'axe du tunnel. Au cours de sa rotation autour de l'axe 8, l'axe 4 décrit
un plan et le fai-ceau 2 un cone te révolution autour te l'axe 8 ; la courbe
te référence est tonc un cercle situé tans un plan transversal du tunnel. Ce
dispositif peut être déplacé lentement le long du tunnel afin de téterminer
sUCCe88iVement différents profils transversaux.
Mais ce dispositif peut auæsi permettre de déterminer le profil de
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surfaces planes, par exemple le profil d'une route. Dans ce cas, comme repré-
senté, l'axe 8 est perpendiculaire à l'axe 4 et l'axe 9 perpendîculaire au
faisceau 2. Au cours de leurs rotation~, l'axe 4 et le faisceau 2 décrivent
respectivement deux plans : la courhe de réference est donc une droîte. Le
dispositif peut être disposé de manière que cette droite soit orientée paral-
lèlement à la surface te la route, dans un plan transversal de cette route.
Sur la figure 2 est représente un mode de realisation prefere d'un
dispo~itîf fonctionnant suivant le principe expose ci-dessus. Ce dispositif
comporte un générateur de lumière tel qu'un laser 15 é~ettant un aisceau 16
de faible section vers un prisme à reflexion totale 17 entrainé en rotation
autour d'un axe ô par un moteur 18. Le prisme 17 reçoît la lumière du laser
suivant l'axe 8 et la renvoie suivant un faisceau 2 dont l'axe coupe en 3 une
surface l9 d'un tunnel supposé sensîblPm~nt cylîndrique, cette surface étant
lîmitée sur la figure 2 par deux génératrices 20 et 21 du cylindre correspon-
tant à ce tunnel.
Un organe de déflexion est disposé sur le trajet du faisceau 16. Cet
organe peut ~tre, co e représenté sur la figure 2, une cellule acousto-optique
formée t'un bloc 22 t'un matëriau modulateur acousto-optîque et d'un transduc-
~eur électro-acoustîque 23. L'entrée de ce tran~ducteur est relîé à la sortie
t'un oscillateur 24 délivrant une tension électrique à fréquence acoustique.
L'entréè de l'oscillateur 24 est relîée à la ~ortîe t'un dulateur 25, apte a
moduler la fréquence de l'o~cillateur 24 ~uîvant un programme prédéterminé. La
cellule acousto-optique est dîsposée par rapport au prisme 17 de façon que
la déflexion du faisceau laser ait lieu tans le plan 26 passant par l'axe 8
et le faisceau 2~ ce plan 26 étant perpendiculaîre a la face du prisme 17 sur
laquelle se refléchit le fai~ceau, et coupant la surface 19 suivant une trace
12.
L'organe de téflexion peut être également un dispositif représenté
sur la fîgure 3, comportant un réflecteur 27 disposé sur le trajet du faisceau
16, ce réflecteur 27 étant fixé sur une nenbrane 28 de haut-parleur, capable
de vibrer sous l'action d'un électroaimant 29 dont les bornes d'entrée sont
reliées à~un oscillateur 30.
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Entre l'organe de déflexion et le prisme 17 et sur le trajet du fais-
ceau laser est disposé un prisme de Wollaston 31 (figure 2) entrainé en rota-
tîon autour de l'axe 8 par un moteur 32 dont la vitesse est synchronîsée avec
celle du moteur 18 gr~ce à un disposîtîf de synchronîsation 33. Dans le cas
représenté 8ur la fîgure 2 où ce prisme de Rollaston est du type permettant
une seule réflexion înterne du faisceau, le moteur 3I tourne à une vitesse
égale à la moîtîé de celle du moteur 18.
Le disposîtif représenté sur la fîgure 2 comporte en outre un système
détecteur formé d'un objecti 34 centré sur l'axe 8 et d'une cellule photo-
sensible 35 dont la face sensîble 36 est placée dans un plan focal de l'objectif34. Un réflecteur 37 dont le plan est perpendiculaire au plan 26, est dîsposé
sur l'axe 8 du côté de l'autre plan focal de l'objectif 34 pour définîr un axe de
détection 4 coupant le faisceau 2 en un point 7 situé dans le plan 26 à proxi-
mité de la surface 19, de sorte que la lumière se propageant suivant l'axe 4
est réfléchie par le réflecteur 37 suivant l'axe 8. Le réflecteur 37 est mécani-
quement solidaire du pri.sme 17 et entrainé en rotation avec lui par le moteur
18, le prîsme 17 et le réflecteur 37 étant fixés respectivement aux deux extré-
mités de l'arbre du moteur 18,
Le dispositif comporte de plus un codeur angulaire qui comprend un dis-
que 38 percé t'une pluralité d'ouvertures telles que 39 réparties régulièrementsur un cercle centré sur l'axe de ce disque. Le disque 38 est entrainé en rota-
tion autour te son axe psr un moteur 40 a une vitesse synchronisée avec celle
du moteur 18 gr~ce à un dispositif de synchronisation 41. Une source lumineuse
42 telle qu'une cellule photosensible est disposée à proximité du disque 38
pour que la lumière 43 qu'elle émet passe successîvement à travers les diverses
ouvertures 39 au cours de la rotation de ce disque. La lumière 43 est rec,ue
par une cellule photosensible 44 qui émet par conséquent, au cours de la rota-
tion du disque 38, des signaux électrîques de départ représentatifs de positions
an~ulaires discrètes et prédéterminées du faisceau 2. La sortie de la cellule
44 est reliée à l'entrée du modulateur 25, ou de l'oscillateur 30 dans la va-
riante de réalisation représentee sur la figure 3.
La sortie de la cellule 44 est connectée aussi à une entrée d'une por-
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te 45 reliee à la sortie d'une horloge 46. Une autre entree de la porte 45 estconnectee à la sortie de la cellule 35 à travers un amplificateur 47. Un
compteur 48 est connecté à la sortie de la porte 45. La sortie du compteur 48
est reli~e à l'entree d'une memoire 49 dont la sortie peut être reliee à l'entrée
d'un système d'affichage tel qu'un enregistreur 50.
Avantageusement on peut disposer directement à la sortie du généra-
teur laser IS une lentille cylindrique Sl de manière que la tache lumineuse 52
formée par le faisceau 2 sur la surface 19 ait une forme allongee transversa-
lement par rapport au plan 26.
Lorsque la surface sensible 36 de la cellule 35 est relativement gran-
de, il est nécessaire de prevoir un diaphragme 53 centre sur l'axe 8. Si le
dispositîf comprend une lentille cylindrique telle que la lentille 51, le dia-
phragme 53 est muni avantageusement d'une ouverture rectangulaire orientee
transversalement par rapport au plan 26. Le diaphragme 53 est alors entrainé
en rotation autour de l'axe 8 par le moteur 18 gr~ce par exemple à un boitier
54 reliant mécaniquement ce diaphragme et le réflecteur 37.
Le dispositif représentée sur la figure 2 fonctionne de la manière
suivante :
Le faisceau 2 et l'axe 4 contenus dans le plan 26 tournent autour de
l'axe 8 sous l'action du moteur .18 entrainant le prisme 17 et le réflecteur
37. Au cours de la rotation, le point 7 décrit un cercle te référence et le
point t'intersection 13 de la surface 19 avec l'axe 4 décrit un profil 55. On
désire déterminer la distance radiale te différents points tels que 13 du
profil 55 par rapport au cercle de référence,
Dès que la cellule 44 émet un signal de départ, la cellule acousto-
optique 22-23 est excitée et le faiaceau laser qui la traverse est dévié d'un
angle dont la valeur est proportionnelle ~ la frequence mDdulee delivrée par
l'oscillateur 24. Ce faisceau laser dévié est refléchi par le prisme 17. Le
prisme de Wollaston 31 a pour effet de maintenir le faisceau réfléchi dans le
plan 26 au cours de la rotation autour de l'axe 8. Ce prisme de Wollaston peut
être de dimension relativement petite étant donnée que le faisceau laser qui
- 6 - :
`
,
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le traverse est generalement de faible section. Gr~ce à la cellule acousto-
optique le faisceau reflechi par le prîsme 17 balaie un secteur du plan 26. Au
cours te ce balayage son axe occupant la position 14 passe par le point 13.
La determination de la distance entre les points 7 et 13 consiste,
ainsi qu'il a ete vu lors de la description du dispositif illustre par la
figure 1, à mesurer l'angle B que fait avec l'axe 14 le faisceau 2 non devie.
Pour cela, on mesure le temps qui s'écoule au cours du balayage entre l'instant
où le faisceau laser occupe la position 2 et celui où il occupe la position
14.
L'instant où le faisceau laser occupe la position 2 correspond à
l'emiSsion du signal de depart emis par la cellule 44, ce signal commandant l'ou-
verture de la porte 45 qui laisse passer alors les impulsions emises par l'hor-
loge 46.
L'instant où le faisceau laser occupe la position 14 correspond à
l'émission du s;gnal de sortie de la cellule 35, ce signal com~andant la ferme-
ture de la porte 45 qui cesse alors de laisser passer les impulsions de l'horlo-
ge 46.
Le compteur 48 enregistre les impulsions délivrées par l'horloge 46
entre ces teux instants, ce qui determine un tem~s qui est proportionnel à la
vaieur de l'angle ~ et donc a la distance ~ entre les points 7 et 13.
Grâce au diaphragme 53 à ouverture rectangulaire, le système detec-
teur sélectionne un rectangle lumineux 57 sur la tache lumineuse 56 formee par
le faisceau d'axe 14 sur la surface 19. Ce rectangle 57 reste dispose dans le
seng du profil 55 au cours de la rotation du moteur 18 etant donné que le
diaphragme 53 est solidaire de l'arbre du moteur 18.
La frequence des signaux de depart delivres par le codeur angulaire
est choisie avantageusement assez grande pour que les differents rectangles
lumineux correspondant aux mesures successives effectuees sur un profil
determine se recouvrent partiellement, co~e les rectangles 58, 59, 60 et 61
disposes sur le profil 62 s'étendant entre les generatrices 20 et 21. Cette
disposition preæente l'avantage de permettre d'explorer tous les points d'un
profil à etudier.
:
1029S45 ,
Au cours de la description des dispositifs illustrés par les figures
I à 3, il a ete w que le dispositif selon l'invention pour determiner le
profil d'une surface ne comporte pas de tube photomultiplicateur à balayage :
la cellule photosensible 35 peut être par exemple un tube photomultiplicateur
normal, sans balayage. Ce disposi.tif presente l'avantage de permettre d'effec-
tuer un grand nombre de points de mesure sur une surface donnee puisque ce
nonbre de points de mesure n'est lîmité que par la fréquence des impulsions
delivrées par le codeur angulaire.
Le dispositif selon l'invention pour determiner le profil d'une
8urface peut atre appliqué au contr81e du profil des routes ou des tunnels.
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