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En anglaisRÉSUMÉ
Cet article présente les méthodes optiques de mesures dimensionnelles sans contact. Les capteurs utilisant cette méthode sont simples et peu coûteux, et la méthode est donc largement employée dans l'industrie mécanique. Les principes utilisés sont abordés dans cet article. Puis des systèmes plus complexes, telles que l'épiscopie ou la triangulation, permettant notamment des mesures tridimensionnelles, sont présentées.
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Jean‐Louis CHARRON : Ingénieur au Centre technique des industries mécaniques (CETIM)
INTRODUCTION
Ces méthodes optiques de mesures dimensionnelles sans contact conduisent généralement à la réalisation de capteurs peu coûteux. Elles ont une large diffusion dans le domaine de la mécanique où on les trouve sous la forme de simple détecteur tout ou rien utilisé pour automatiser des machines, pour un coût plus élevé, elles sont rencontrées sous la forme de capteur mesurant unidimensionnel simple. Les systèmes les plus complexes permettent d’effectuer des mesures tridimensionnelles. Dans la plupart des cas, elles sont simples à mettre en œuvre et leur principe de fonctionnement n’est jamais très complexe.
Cet article s’inscrit dans une série consacrée aux capteurs de mesures dimensionnelles sans contact :
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Mesures sans contact. Généralités Mesures sans contact- Généralités ;
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Mesures sans contact. Méthodes magnétiques et capacitives Mesures sans contact- Méthodes magnétiques et capacitives ;
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Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 1) [R 1 332] ;
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Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 2) Mesures sans contact- Autres méthodes ;
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Mesures sans contact. Autres méthodes Mesures sans contact- Autres méthodes ;
—Mesures sans contact. Comparatif Mesures sans contact dans lequel le lecteur trouvera une liste des principaux fournisseurs de capteurs.
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1. Sources et détecteurs : généralités
Pour réaliser un capteur optique on retrouve toujours les mêmes éléments :
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une source lumineuse ;
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un détecteur de lumière ;
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des optiques de focalisation.
1.1 Source lumineuse
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La source lumineuse peut être naturelle (l’éclairage naturel) mais bien souvent il s’agit d’une source artificielle. Les lampes à incandescence étaient autrefois très largement utilisées. On leur préfère maintenant, dans de nombreux cas, les diodes électroluminescentes (LED) et les diodes laser en raison de leur taille, de leur coût et de la faiblesse de la puissance consommée. Les tubes laser sont réservés aux systèmes complexes, de haut de gamme, qui nécessitent soit une puissance optique importante, soit une grande qualité métrologique des faisceaux lumineux émis. Ils sont par contre beaucoup plus encombrants.
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Parmi les caractéristiques importantes d’un faisceau lumineux se trouvent sa divergence et son étendue. Les limites de ces deux grandeurs sont données par les lois de propagation de la lumière. La relation qui lie la taille minimale d’un faisceau gaussien TEM00 (mode Transverse Électromagnétique. Voir article Sources laser [E 4 020]) à sa divergence permet de calculer le comportement de nombreux capteurs optiques qui utilisent une source laser.
Si r 0 est le rayon minimal d’un faisceau lumineux gaussien de longueur d’onde λ , sa divergence θ est :
La variation du rayon r d’un faisceau gaussien en fonction de la distance z est donnée par l’équation (figure 1) :
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