EP3665431A1 - Procede de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact a au moins trois transducteurs fixes contre une surface interactive - Google Patents

Procede de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact a au moins trois transducteurs fixes contre une surface interactive

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EP3665431A1
EP3665431A1 EP18762571.0A EP18762571A EP3665431A1 EP 3665431 A1 EP3665431 A1 EP 3665431A1 EP 18762571 A EP18762571 A EP 18762571A EP 3665431 A1 EP3665431 A1 EP 3665431A1
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EP
European Patent Office
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impact
transducer
interactive surface
transducers
conductive layer
Prior art date
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EP18762571.0A
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German (de)
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EP3665431B1 (fr
Inventor
Jean-Marc Alexandre
Robert BODEN
Christian Bolzmacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/04—Electric hit-indicating systems; Detecting hits by actuation of electric contacts or switches
    • F41J5/056—Switch actuation by hit-generated mechanical vibration of the target body, e.g. using shock or vibration transducers

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an impact location device with at least three transducers fixed against an interactive surface. BACKGROUND OF THE INVENTION It also relates to an impact location device resulting from such a manufacturing method.
  • an impact locating device comprising an interactive surface having an impact receiving front face and at least three transducers, to be distributed and fixed against the front face or a rear face of the impact surface.
  • the interactive surface designed to capture the progressive mechanical waves propagating in the interactive surface from the impact and turn them into electrical signals, the manufacturing process comprising the following steps:
  • each transducer fixing each transducer around its central positioning point, each transducer having a lower conductive layer forming a first electrode by which it is fixed against the front or rear face of the interactive surface, a piezoelectric intermediate layer and a free upper conductive layer; intended to form a second electrode.
  • Many interactive surface devices are known, such as display devices, mobile phones or other portable digital personal assistance devices. Their interface is usually a flat and rectangular screen with which a user can interact with a projectile, a stylus or even a finger.
  • an amusement or sports shooting facility with automatic location of impacts may include such a device, with a target representation displayed on an interactive surface or plate, in particular on its front or rear face.
  • the invention applies more generally to any type of object having an interactive surface capable of propagating progressive mechanical waves from an impact, this surface not necessarily being flat, nor of rectangular contour. .
  • Interactive surface means a three-dimensional or three-dimensional surface, having a certain thickness, capable of changing its shape in the sense of the static and dynamic elasticity of the materials when it is subjected to an impact such as a touch, a force of contact, a mechanical pulse or a shock, thus allowing the propagation of progressive mechanical waves detectable using transducers, including surface acoustic waves such as Lamb waves, from the place of impact.
  • the surface deformation can be submillimetric not visible to the naked eye. Plastic, glass or metal surfaces are suitable.
  • Each of the known interactive surface devices comprises means for locating impacts using one or more detection techniques.
  • a strong trend toward reducing manufacturing cost and reducing clutter is to retain only the simplest technologies using a limited number of piezoelectric transducers.
  • a first solution is disclosed in US Pat. No. 7,345,677 B2. It is based on a recognition of the position of an impact by learning.
  • the method implemented cross-correlates at least one measured acoustic signal resulting from the detection of an acoustic wave generated by an impact on the interactive surface of the object and a reference set called "set of signatures" consisting of prerecorded impulse acoustic responses, each relating to a predefined position that one wishes to associate with a function and recognize when an impact is carried on this position.
  • a second solution for example disclosed in US Pat. No. 8,330,744 B2, consists in measuring the perturbation of an impact on the propagation of progressive mechanical waves emitted regularly in the interactive surface independently of this impact.
  • This solution is known to be more precise and reliable than the previous one, especially for qualifying or monitoring the impact, but it is also based on recognition of the position of an impact by learning.
  • a third, older solution is based on the measurement of a transit time difference of a wave packet generated by an impact to a plurality of piezoelectric detectors and on the analytical calculation by triangulation, to using a mathematical formula pre-established according to the assumed position of the detectors, the position of a source emitting the wave packet.
  • An example of an analytical calculation is for example detailed in US Pat. No. 6,933,930 B2.
  • this solution requires an impact location device comprising:
  • an electronic central unit connected to the transducers for receiving their electrical signals, programmed to locate the impact in the interactive surface by analyzing the propagation time differences of the progressive mechanical waves resulting from the impact towards the transducers on the basis of the impact detection instants identified in the received electrical signals.
  • any mispositioning of at least one of the transducers generates location errors due to the difference between the actual position of the transducers and the theoretical one which served as a basis for calculating the preset mathematical formula. It is thus shown, for example, that for an impact surface of 200 mm ⁇ 200 mm with four transducers arranged in a square, a bad positioning of 100 ⁇ of each leads to errors of offset and linearity. In terms of offset, that of the center of view can reach under these conditions up to 100 ⁇ in abscissa and ordinate.
  • the error is a function of the position of the impact, increasing from the center of measurement to the periphery of the impact surface, and can thus reach up to 340 ⁇ at the periphery under the aforementioned conditions.
  • these errors are added resolution errors due to the quantification of the measurements returned by the transducers at a given clock rate. With a clock of 80 Mhz, an interactive plate made of sheet steel involving a propagation speed of Lamb waves close to 0.53 mm ⁇ s, the resolution errors can reach +/- 50 ⁇ .
  • the four transducers must be fixed with an uncertainty of less than 100 ⁇ , which is very difficult to obtain with the processes known manufacture.
  • a numerical method could be considered to determine the actual positioning of the transducers after fixation and to deduce the mathematical formula of triangulation or its numerical approximation. But such a calibration method after fixing is complex and expensive.
  • transducers to be distributed and fixed against the front face or a rear face of the interactive surface, designed to capture progressive mechanical waves propagating in the interactive surface from the impact and transforming them into electrical signals
  • the manufacturing process comprising the following steps: determining a central positioning point for each transducer on the front or rear face of the interactive surface,
  • each transducer having a lower conductive layer forming a first electrode by which it is fixed against the front or rear face of the interactive surface, a piezoelectric intermediate layer and a free upper conductive layer; intended to form a second electrode,
  • the method further comprising, following the attachment of each transducer, a step of machining the upper conductive layer free of at least one of the transducers using a machine tool at least until the piezoelectric intermediate layer of this transducer to form the second electrode of this transducer by centering it around its central positioning point as an upper conductive layer portion formed in the free upper conductive layer.
  • the machining of the upper free conductive layer of said at least one of the transducers is made circularly to form the second electrode in the form of a disk centered on the central positioning point of this transducer.
  • the machining step is performed on all the transducers fixed against the front or rear face of the interactive surface.
  • the machine tool performing the machining is a laser machining device.
  • the machining step includes drilling holes in the interactive surface for receiving reference pins in positioning a target carrier.
  • the machining step includes a marking of a measuring center in the interactive surface.
  • a method of manufacturing an impact locating device may include, following the machining step, a step of connecting by welding of two conducting wires to each transducer, the one to the first electrode formed in the lower conductive layer of this transducer and the other to the second electrode formed in the upper conductive layer portion of this transducer, for processing the signals provided by this transducer.
  • an impact location device comprising:
  • each transducer having a lower conductive layer forming a first electrode by which it is fixed against the front or rear face of the interactive surface, a piezoelectric intermediate layer and a free upper conductive layer for forming a second electrode,
  • the upper free conductive layer of at least one of the transducers comprising a layer portion forming the second electrode centered on the central positioning point of this transducer and electrically isolated from another peripheral portion of the free upper conductive layer by a machining performed at least up to the piezoelectric intermediate layer of this transducer.
  • an impact locating device furthermore comprising a central electronic processing unit for the electrical signals supplied by said at least three transducers, designed for an impact localization by a time difference analysis; propagation of the progressive mechanical waves resulting from the impact towards the transducers, and
  • FIG. 1 is a diagrammatic front view of the general structure of a four transducer impact location device fixed against an interactive surface, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates the successive steps of a method of manufacturing the device of FIG. 1, according to one embodiment of the invention
  • Figure 3 shows the device of Figure 1 in rear view.
  • the impact locating device 10 shown in front view in FIG. 1 comprises an interactive surface in the form of a plate 12 having a front face A for receiving an impact P and a rear face B (illustrated on FIG. FIG. 3) against which four PT A , PT B , PT C and PT D piezoelectric transducers are distributed and fixed. These four transducers, of which only the functional part is delimited in short broken lines in FIG. 1, are centered on four respective central positioning points C A , C B , C c and C D. They are designed to capture the progressive mechanical waves propagating in the interactive plate 12 from the impact P and turn them into electrical signals.
  • the device 10 further comprises a central processing unit 14 for the electronic processing of the electrical signals provided by the four piezoelectric transducers PT A , PT B , PT C and PT D , designed for impact localization by analysis of propagation time differences. progressive mechanical waves from the impact P to the piezoelectric transducers PT A , PT B , PT C and PT D.
  • This central unit 14 is for example arranged against the rear face B of the interactive plate 12. Optionally, it can also provide an estimate of a power of each localized impact. Each detected impact can then be kept in memory with its location and power to form a history of impacts.
  • the device 10 is, in the example of FIG. 1, used in a recreational or sports shooting facility that concerns both a sporting or recreational shooting activity with a weapon, rifle or pistol, with compressed air or with powder, that an activity of archery, crossbow, blowgun, dart or other.
  • a target representation 16 is displayed in a plane of the interactive plate 12.
  • this target representation 16 is reproduced on a cardboard 18 fixed against the front face A of the interactive plate 12 and correctly centered with respect to the PT A , PT B , PT C and PT D piezoelectric transducers with reference pins in position.
  • the four piezoelectric transducers PT A , PT B , PT C and PT D are arranged at the four corners of a square and the reference pins 20 are arranged by manufacturing so as to place the aiming center of the target representation. 16 precisely on the center of measurement coinciding with the center of the square.
  • each piezoelectric transducer identified by the general reference PT in FIG. 2, has a lower conductive layer 22 forming a first electrode by which it is fixed against the rear face B of the interactive plate 12, a piezoelectric intermediate layer 24 and a conductive layer. free upper 26 for forming a second electrode.
  • each of the four piezoelectric transducers PT A , PT B , PT C and PT D is fixed, by its lower conductive layer 22, to the rear face B of the interactive plate 12.
  • a central positioning point identified by the general reference C in FIG. 2 is precisely and previously determined for each transducer PT on the rear face B of the interactive plate 12.
  • the currently known marking techniques make it possible to position such a central point C with micrometer scale accuracy.
  • each piezoelectric transducer PT is fixed around its positioning center point C, for example by means of a glue layer 28, without particular precise adjustment. Note for example in Figure 2 that the transducer PT is not exactly centered on the central point C after bonding.
  • the arrangement of each PT transducer glued can be examined to see if it is correctly centered in view of the accuracy requirements.
  • each piezoelectric transducer PT that is not correctly centered, or by default each of the four transducers piezoelectric PT A , PT B , PT C and PT D if this verification was not made at the end of step 102, is placed in front of the machining tip 30 of a machine tool 32.
  • Sa Free upper conductive layer 26 is then machined at least up to its piezoelectric intermediate layer 24 to form the second electrode of this piezoelectric transducer PT by centering it around the central point C as a portion 34 of upper conductive layer arranged in the conductive layer 26.
  • the machining tip 30 is for example placed at a desired distance R from the axis of the central point C and the machining is carried out circularly around this axis to form the second electrode according to a disk. of radius R precisely centered on C.
  • the precise positioning of the machine tool 32 is done for example by geometric reference from two edges at right angles to the interactive plate 12. Thanks to the machining performed, this disc is then electrically isolated from the remainder 36 of the upper free conductive layer 26 forming another portion located at the periphery of the latter.
  • the piezoelectric transducer PT thus machined is thus functionally centered on C since it is only its cylindrical useful portion of radius R centered on the normal axis passing through C which fulfills the detection function.
  • holes can be drilled by machining to define as precisely as possible the positioning of the reference pins 20 receiving them.
  • the center of the square formed by the four piezoelectric transducers PT A , PT B , PT C and PT D , or center of measurement to coincide with the center of view of the target representation 16, can also be marked during this step.
  • the first electrode consisting of the lower conductive layer 22 and the second electrode consisting of the upper conductive layer portion 34 are electrically connected, for example by soldering conductor wires, one to ground (or terminal -), the other to the central processing unit 14 (or + terminal) for processing the signals provided by the machined piezoelectric transducer PT.
  • each upper free conductive layer 26 visible in FIG. 3 comprises a portion correctly centered (white) and electrically isolated from another inactive (textured) peripheral portion that becomes passive due to its isolation.
  • the support could alternatively be a sighting jig made of a hard material to ensure very high positioning accuracy using the reference pins 20
  • the target representation 16 may be formed on this support by etching, screen printing, etching or electrochemical by electroplating or electroplating, or color insert in the mass.
  • the target representation could be a projected image or video, on screen or by video projector, and the positioning of the center of view on the measurement center could be provided by pixel alignment.
  • it could be displayed against the rear face B, so as to protect it against impacts, in which case it is necessary that the interactive plate 12 is transparent.
  • the interactive plate 12 may be chosen, depending on the intended applications, polycarbonate, possibly shielded glass, steel alloy, etc. It is advisable to choose one or another material according to its transparency and / or resistance to the projectiles expected.
  • An interacted plate 12 has also been described, but any interactive surface, in particular non-planar, could more generally be suitable, such as for example a three-dimensional object shell.
  • central processing unit 14 disposed on the rear face B of the interactive plate 12.
  • the central processing unit 14 could be at least partially offset, in particular on a computer.
  • Many other variants are possible for designing the set consisting of the interactive plate 12, the display support of the target representation 16 and the central processing unit 14.
  • transducers It has also been described a set of four transducers, but three transducers may be sufficient to establish a location by analytical calculation of triangulation. More transducers can also be provided to improve the location by analytical calculation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

Ce procédé de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact comportant une surface interactive (12) présentant une face avant de réception d'un impact et au moins trois transducteurs (PT) devant être répartis et fixés contre la face avant (A) ou une face arrière (B) de la surface interactive (12), comporte les étapes suivantes : détermination (102) d'un point central de positionnement (C) pour chaque transducteur (PT) sur la face avant (A) ou arrière (B) de la surface interactive (12); fixation (102) de chaque transducteur (PT), par sa couche conductrice inférieure (28) formant une première électrode, autour de son point central de positionnement (C). Il comporte en outre, suite à la fixation (102) de chaque transducteur (PT), une étape d'usinage (104) de la couche conductrice supérieure libre (26) d'au moins l'un des transducteurs (PT) à l'aide d'une machine-outil (32) au moins jusqu'à une couche intermédiaire piézoélectrique (24) de ce transducteur (PT) pour former une deuxième électrode (34) de ce transducteur (PT) en la centrant autour de son point central de positionnement (C).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF DE LOCALISATION D'IMPACT A AU MOINS TROIS TRANSDUCTEURS FIXES CONTRE UNE SURFACE INTERACTIVE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact à au moins trois transducteurs fixés contre une surface interactive. Elle concerne également un dispositif de localisation d'impact résultant d'un tel procédé de fabrication.
Elle porte plus précisément sur la fabrication d'un dispositif de localisation d'impact comportant une surface interactive présentant une face avant de réception d'un impact et au moins trois transducteurs, devant être répartis et fixés contre la face avant ou une face arrière de la surface interactive, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive à partir de l'impact et les transformer en signaux électriques, le procédé de fabrication comportant les étapes suivantes :
- détermination d'un point central de positionnement pour chaque transducteur sur la face avant ou arrière de la surface interactive,
- fixation de chaque transducteur autour de son point central de positionnement, chaque transducteur présentant une couche conductrice inférieure formant une première électrode par laquelle il est fixé contre la face avant ou arrière de la surface interactive, une couche intermédiaire piézoélectrique et une couche conductrice supérieure libre destinée à former une deuxième électrode.
On connaît de nombreux dispositifs à surface interactive, tels que des dispositifs d'affichage, des téléphones mobiles ou autres dispositifs portables d'assistance numérique personnelle. Leur interface est en général un écran plat et rectangulaire avec lequel un utilisateur peut interagir à l'aide d'un projectile, d'un stylet ou même d'un doigt. Par exemple, une installation de tir ludique ou sportif à localisation automatique d'impacts peut comporter un tel dispositif, avec une représentation de cible affichée sur une surface ou plaque interactive, notamment sur sa face avant ou arrière. On notera cependant que l'invention s'applique plus généralement à tout type d'objet présentant une surface interactive apte à faire propager des ondes mécaniques progressives à partir d'un impact, cette surface n'étant pas nécessairement plane, ni de contour rectangulaire. Par surface interactive, on entend une surface tridimensionnelle ou tridimensionnelle, présentant une certaine épaisseur, capable de changer de forme au sens de l'élasticité statique et dynamique des matériaux lorsqu'elle est soumise à un impact tel qu'un toucher, une force de contact, une impulsion mécanique ou encore un choc, en permettant ainsi la propagation d'ondes mécaniques progressives détectables à l'aide de transducteurs, notamment des ondes acoustiques de surface telles que des ondes de Lamb, à partir du lieu de l'impact. La déformation de surface peut être submillimétrique non perceptible à l'œil nu. Des surfaces en plastique, verre ou métal conviennent.
Chacun des dispositifs à surface interactive connus comporte des moyens de localisation d'impacts à l'aide d'une ou plusieurs techniques de détection. Une tendance forte à la réduction du coût de fabrication et à la réduction de l'encombrement vise à ne retenir que les technologies les plus simples utilisant un nombre limité de transducteurs piézoélectriques.
Une première solution est divulguée dans le brevet US 7,345,677 B2. Elle est basée sur une reconnaissance de la position d'un impact par apprentissage. Le procédé mis en œuvre opère une corrélation croisée entre au moins un signal acoustique mesuré issu de la détection d'une onde acoustique engendrée par un impact sur la surface interactive de l'objet et un ensemble de référence dit « ensemble de signatures » constitué de réponses acoustiques impulsionnelles préenregistrées, chacune étant relative à une position prédéfinie que l'on souhaite associer à une fonction et reconnaître lorsqu'un impact est porté sur cette position.
Une deuxième solution, par exemple divulguée dans le brevet US 8,330,744 B2, consiste à mesurer la perturbation d'un impact sur la propagation d'ondes mécaniques progressives émises régulièrement dans la surface interactive indépendamment de cet impact. Cette solution est réputée plus précise et fiable que la précédente, notamment pour qualifier ou suivre l'impact, mais elle est également basée sur une reconnaissance de la position d'un impact par apprentissage.
Ces deux premières solutions présentent l'inconvénient de dépendre de cet apprentissage qui peut être à la fois complexe à mettre en œuvre et rapidement inexploitable en cas de variations du milieu ou de la surface interactive. Elles nécessitent en outre des puissances de calcul assez importantes.
Une troisième solution, plus ancienne, est basée sur la mesure d'une différence de temps de transit d'un paquet d'ondes engendré par un impact vers une pluralité de détecteurs piézoélectriques et sur le calcul analytique par triangulation, à l'aide d'une formule mathématique préétablie en fonction de la position supposée des détecteurs, de la position d'une source émettrice du paquet d'ondes. Un exemple de calcul analytique est par exemple détaillé dans le brevet US 6,933,930 B2. Ainsi, cette solution nécessite un dispositif de localisation d'impact comportant :
- au moins trois transducteurs disposés et répartis contre la face avant ou arrière de la surface interactive de façon suffisamment précise pour que le calcul analytique n'engendre pas d'erreur significative, et
- une unité centrale électronique, reliée aux transducteurs pour recevoir leurs signaux électriques, programmée pour localiser l'impact dans la surface interactive par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs sur la base d'instants de détection de l'impact identifiés dans les signaux électriques reçus.
D'une façon générale, il est ainsi possible de localiser un impact de doigt ou d'objet ponctuel (par exemple un projectile ou un stylet), puisque celui-ci est alors émetteur d'une impulsion. Mais avec cette technologie assez ancienne, pourtant avantageusement simple et préférée en matière de tir ludique ou sportif parce qu'elle permet l'utilisation de surfaces interactives à la fois résistantes et sensibles aux impacts, il est difficile d'atteindre une bonne précision de localisation, parce qu'il est difficile de positionner précisément les transducteurs conformément à la formule mathématique préétablie sur la base de coordonnées de chaque point central de positionnement de chaque transducteur.
Tout mauvais positionnement d'au moins l'un des transducteurs engendre des erreurs de localisation en raison de l'écart entre la position réelle des transducteurs et celle, théorique, qui a servi de base de calcul de la formule mathématique préétablie. On montre ainsi par exemple que pour une surface d'impact de 200 mm x 200 mm à quatre transducteurs disposés en carré, un mauvais positionnement de 100 μηι de chacun d'eux entraîne des erreurs de décalage et de linéarité. En termes de décalage, celui du centre de visée peut atteindre dans ces conditions jusqu'à 100 μηι en abscisses et en ordonnées. En termes de linéarité, l'erreur est fonction de la position de l'impact, croissante du centre de mesure vers la périphérie de la surface d'impact, et peut ainsi atteindre jusqu'à 340 μηι en périphérie dans les conditions précitées. De plus, à ces erreurs s'ajoutent des erreurs de résolution dues à la quantification des mesures retournées par les transducteurs à une cadence d'horloge donnée. Avec une horloge de 80 Mhz, une plaque interactive en tôle d'acier impliquant une vitesse de propagation des ondes de Lamb proche de 0,53 mm^s, les erreurs de résolution peuvent atteindre +/- 50 μηι.
Ainsi, pour une application de tir ludique ou sportif à 10 m utilisant une surface d'impact de 200 mm x 200 mm, les quatre transducteurs doivent être fixés avec une incertitude inférieure à 100 μηι, ce qui est très difficile à obtenir avec les procédés de fabrication connus. Cela conduit en effet à une fabrication complexe qui implique de maîtriser parfaitement les dimensions des transducteurs et les dispositions axiales relatives des électrodes et de la couche piézoélectrique de chaque transducteur, de disposer d'un gabarit précis de positionnement, à 50 μηι près dans une surface d'impact de 200 mm x 200 mm pour une cible de tir ludique ou sportif à 10 m et à 100 μηι près dans une surface d'impact de 600 mm x 600 mm pour une cible de tir ludique ou sportif à 50 m, d'être capable de centrer parfaitement ce gabarit sur le centre de mesure de la surface interactive, de maîtriser la fixation des transducteurs dans ces tolérances, malgré les effets de rétractation lorsque l'on utilise une colle, et surtout de maîtriser le positionnement de la zone sensible piézoélectrique par rapport à ses deux électrodes. Toutes ces contraintes engendrent des possibilités d'erreurs qui s'accumulent de sorte qu'elles rendent la fabrication très difficile à réaliser.
En variante, une méthode numérique pourrait être envisagée pour déterminer le positionnement réel des transducteurs après fixation et pour en déduire la formule mathématique de triangulation ou son approximation numérique. Mais une telle méthode de calibration après fixation est complexe et coûteuse.
Il peut ainsi être souhaité de concevoir un procédé de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact à au moins trois transducteurs fixés contre une surface interactive qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un procédé de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact comportant :
- une surface interactive présentant une face avant de réception d'un impact, et
- au moins trois transducteurs, devant être répartis et fixés contre la face avant ou une face arrière de la surface interactive, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive à partir de l'impact et les transformer en signaux électriques,
le procédé de fabrication comportant les étapes suivantes : - détermination d'un point central de positionnement pour chaque transducteur sur la face avant ou arrière de la surface interactive,
- fixation de chaque transducteur autour de son point central de positionnement, chaque transducteur présentant une couche conductrice inférieure formant une première électrode par laquelle il est fixé contre la face avant ou arrière de la surface interactive, une couche intermédiaire piézoélectrique et une couche conductrice supérieure libre destinée à former une deuxième électrode,
le procédé comportant en outre, suite à la fixation de chaque transducteur, une étape d'usinage de la couche conductrice supérieure libre d'au moins l'un des transducteurs à l'aide d'une machine-outil au moins jusqu'à la couche intermédiaire piézoélectrique de ce transducteur pour former la deuxième électrode de ce transducteur en la centrant autour de son point central de positionnement en tant que portion de couche conductrice supérieure aménagée dans la couche conductrice supérieure libre.
Ainsi, grâce à l'usinage qui est notoirement maîtrisé de façon beaucoup plus précise que la fixation elle-même, avec une incertitude de positionnement en usinage pouvant aisément rester inférieure à 10 μηι, le centrage de la partie fonctionnelle de chaque transducteur autour de son point central de positionnement est obtenu de façon bien plus satisfaisante que par les techniques de fabrication connues. L'adéquation entre le positionnement réel des transducteurs et celui souhaité et théorique de leurs points centraux de positionnement, permettant d'assurer la précision souhaitée des mesures qui seront ensuite prises par le dispositif, est alors acquise. Tout cela est obtenu sans exigence particulière sur les cotes de transducteurs conventionnellement fabriqués et sur l'étape de fixation.
De façon optionnelle, l'usinage de la couche conductrice supérieure libre dudit au moins l'un des transducteurs est réalisé circulairement pour former la deuxième électrode sous la forme d'un disque centré sur le point central de positionnement de ce transducteur.
De façon optionnelle également, l'étape d'usinage est réalisée sur tous les transducteurs fixés contre la face avant ou arrière de la surface interactive.
De façon optionnelle également, la machine-outil réalisant l'usinage est un dispositif d'usinage par laser.
De façon optionnelle également, quatre points centraux de positionnement disposés en losange, rectangle ou carré sont déterminés sur la face avant ou arrière de la surface interactive pour la fixation de quatre transducteurs. De façon optionnelle également, l'étape d'usinage comporte un perçage de trous dans la surface interactive destinés à recevoir des pions de référence en positionnement d'un support de cible.
De façon optionnelle également, l'étape d'usinage comporte un marquage d'un centre de mesure dans la surface interactive.
De façon optionnelle également, un procédé de fabrication d'un dispositif de localisation d'impact selon l'invention peut comporter, suite à l'étape d'usinage, une étape de raccordement par soudure de deux fils conducteurs à chaque transducteur, l'un à la première électrode formée dans la couche conductrice inférieure de ce transducteur et l'autre à la deuxième électrode formée dans la portion de couche conductrice supérieure de ce transducteur, pour un traitement des signaux fournis par ce transducteur.
Il est également proposé un dispositif de localisation d'impact comportant :
- une surface interactive présentant une face avant de réception d'un impact, et
- au moins trois transducteurs, répartis et fixés autour de points centraux de positionnement respectifs contre la face avant ou une face arrière de la surface interactive, conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive à partir de l'impact et les transformer en signaux électriques, chaque transducteur présentant une couche conductrice inférieure formant une première électrode par laquelle il est fixé contre la face avant ou arrière de la surface interactive, une couche intermédiaire piézoélectrique et une couche conductrice supérieure libre destinée à former une deuxième électrode,
la couche conductrice supérieure libre d'au moins l'un des transducteurs comportant une portion de couche formant la deuxième électrode centrée sur le point central de positionnement de ce transducteur et isolée électriquement d'une autre portion périphérique de la couche conductrice supérieure libre par un usinage réalisé au moins jusqu'à la couche intermédiaire piézoélectrique de ce transducteur.
II est également proposé une installation de tir ludique ou sportif comportant :
- un dispositif de localisation d'impact selon l'invention, comportant en outre une unité centrale de traitement électronique des signaux électriques fournis par lesdits au moins trois transducteurs, conçue pour une localisation d'impact par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact vers les transducteurs, et
- au moins une représentation de cible destinée à être affichée dans un plan de la surface interactive du dispositif de localisation d'impact.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement en vue de face la structure générale d'un dispositif de localisation d'impact à quatre transducteurs fixés contre une surface interactive, selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé de fabrication du dispositif de la figure 1 , selon un mode de réalisation de l'invention, et
- la figure 3 représente le dispositif de la figure 1 en vue d'arrière.
Le dispositif 10 de localisation d'impact représenté en vue de face sur la figure 1 comporte une surface interactive sous la forme d'une plaque 12 présentant une face avant A de réception d'un impact P et une face arrière B (illustrée sur la figure 3) contre laquelle sont répartis et fixés quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD. Ces quatre transducteurs, dont seule la partie fonctionnelle est délimitée en trait interrompus courts sur la figure 1 , sont centrés sur quatre points centraux de positionnement respectifs CA, CB, Cc et CD. Ils sont conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la plaque interactive 12 à partir de l'impact P et les transformer en signaux électriques.
Le dispositif 10 comporte en outre une unité centrale 14 de traitement électronique des signaux électriques fournis par les quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD, conçue pour une localisation d'impact par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact P vers les transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD. Cette unité centrale 14 est par exemple disposée contre la face arrière B de la plaque interactive 12. Optionnellement, elle peut en outre fournir une estimation d'une puissance de chaque impact localisé. Chaque impact détecté peut alors être conservé en mémoire avec sa localisation et sa puissance pour constituer un historique des impacts.
Le dispositif 10 est, dans l'exemple de la figure 1 , utilisé dans une installation de tir ludique ou sportif qui concerne aussi bien une activité de tir ludique ou sportif avec une arme, carabine ou pistolet, à air comprimé ou à poudre, qu'une activité de tir à l'arc, arbalète, sarbacane, fléchette ou autre. Conformément à cette utilisation, une représentation de cible 16 est affichée dans un plan de la plaque interactive 12. Selon un mode de réalisation possible, cette représentation de cible 16 est reproduite sur un carton 18 fixé contre la face avant A de la plaque interactive 12 et correctement centré par rapport aux transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD à l'aide de pions 20 de référence en position. Plus précisément, les quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD sont disposés aux quatre coins d'un carré et les pions de référence 20 sont disposés par fabrication de manière à placer le centre de visée de la représentation de cible 16 précisément sur le centre de mesure coïncidant avec le centre du carré.
Un exemple de procédé de fabrication du dispositif 10 va maintenant être détaillé en référence à la figure 2.
Au cours d'une première étape 100, les quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTc et PTD sont obtenus : par fabrication ou achat. Aucune contrainte particulière n'est imposée sur leur conception. Chaque transducteur piézoélectrique, identifié par la référence générale PT sur la figure 2, présente une couche conductrice inférieure 22 formant une première électrode par laquelle il est fixé contre la face arrière B de la plaque interactive 12, une couche intermédiaire piézoélectrique 24 et une couche conductrice supérieure libre 26 destinée à former une deuxième électrode.
Au cours d'une étape suivante 102, chacun des quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD est fixé, par sa couche conductrice inférieure 22, à la face arrière B de la plaque interactive 12. A cet effet, un point central de positionnement, identifié par la référence générale C sur la figure 2, est précisément et préalablement déterminé pour chaque transducteur PT sur la face arrière B de la plaque interactive 12. Les techniques de marquage actuellement connues permettent de positionner un tel point central C avec une précision à l'échelle du micromètre. Ensuite, chaque transducteur piézoélectrique PT est fixé autour de son point central C de positionnement, par exemple à l'aide d'une couche de colle 28, sans ajustement précis particulier. On remarque par exemple sur la figure 2 que le transducteur PT n'est pas exactement centré sur le point central C après fixation par collage. A l'issue de cette étape 102, la disposition de chaque transducteur PT collé peut être examinée pour vérifier s'il est correctement centré au vu des exigences de précision.
Au cours d'une étape suivante 104, chaque transducteur piézoélectrique PT qui n'est pas correctement centré, ou par défaut chacun des quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD si cette vérification n'a pas été faite à l'issue de l'étape 102, est placé face à la pointe d'usinage 30 d'une machine-outil 32. Sa couche conductrice supérieure libre 26 est alors usinée au moins jusqu'à sa couche intermédiaire piézoélectrique 24 pour former la deuxième électrode de ce transducteur piézoélectrique PT en la centrant autour du point central C en tant que portion 34 de couche conductrice supérieure aménagée dans la couche conductrice supérieure libre 26. Pour ce faire, la pointe d'usinage 30 est par exemple placée à une distance R souhaitée de l'axe du point central C et l'usinage est réalisé circulairement autour de cet axe pour former la deuxième électrode selon un disque de rayon R précisément centré sur C. Le positionnement précis de la machine-outil 32 se fait par exemple par prise de référence géométrique à partir de deux bords à angle droit de la plaque interactive 12. Grâce à l'usinage réalisé, ce disque est alors isolé électriquement du reste éventuel 36 de la couche conductrice supérieure libre 26 formant une autre portion située en périphérie de cette dernière. Le transducteur piézoélectrique PT ainsi usiné est donc fonctionnellement centré sur C puisque c'est uniquement sa portion utile cylindrique de rayon R centrée sur l'axe normal passant par C qui remplit la fonction de détection. Au cours de cette étape 104 également, des trous peuvent être percés par usinage pour définir le plus précisément possible le positionnement des pions de référence 20 en les recevant. Le centre du carré formé par les quatre transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD, ou centre de mesure devant coïncider avec le centre de visée de la représentation de cible 16, peut également être marqué lors de cette étape.
Au cours d'une dernière étape 106, la première électrode constituée de la couche conductrice inférieure 22 et la deuxième électrode constituée de la portion 34 de couche conductrice supérieure sont raccordées électriquement, par exemple par soudure de fils conducteurs, l'une à la masse (ou borne -), l'autre à l'unité centrale de traitement 14 (ou borne +), pour un traitement des signaux fournis par le transducteur piézoélectrique usiné PT.
Le résultat du procédé de fabrication détaillé ci-dessus est illustré sur la figure 3. On y voit que même si les transducteurs piézoélectriques PTA, PTB, PTC et PTD ont été fixés par collage approximativement autour de leurs points centraux de positionnement respectifs, l'usinage réalisé à l'étape 104 permet de corriger cela en recentrant précisément la portion fonctionnelle de chaque transducteur piézoélectrique autour de son point central de positionnement. Chaque couche conductrice supérieure libre 26 visible sur la figure 3 comporte une portion correctement centrée (blanche) et isolée électriquement d'une autre portion périphérique inactive (texturée) qui devient passive du fait de son isolement.
Il apparaît clairement que le procédé de fabrication décrit précédemment permet d'obtenir un dispositif de localisation d'impact à transducteurs fixés contre une surface interactive dans lequel les transducteurs sont très précisément positionnés. L'incertitude est celle de l'usinage qui est très faible, généralement inférieure à 10 μηι. Il permet donc d'envisager une utilisation du dispositif obtenu pour des applications de tir ludique ou sportif à cibles électroniques qui sont très exigeantes en termes de précision des mesures de localisation d'impacts : une précision de l'ordre de 100 μηι est nécessaire au centre de la cible pour des calculs au point ou au dixième de point quelles que soient les disciplines de tir alors que le procédé de fabrication présenté précédemment permet d'atteindre largement cette précision sur toute la surface d'impact.
On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment.
Ainsi il a été décrit une fixation des transducteurs contre la face arrière B de la plaque interactive 12 à l'aide d'une colle. Mais en variante, une telle fixation pourrait être envisagée à l'aide d'interfaces mécaniques de positionnement des transducteurs. La fixation des transducteurs pourrait également se faire contre la face avant A de la plaque interactive 12 à condition de prévoir une protection contre les impacts.
Il a également été décrit une représentation de cible 16 sur support carton 18, mais le support pourrait en variante être un gabarit de visée réalisé dans un matériau dur permettant d'assurer une très grande précision de positionnement à l'aide des pions de référence 20. S'il est souhaité un support opaque résistant, la représentation de cible 16 peut être formée sur ce support par gravure, sérigraphie, attaque chimique ou électrochimique par galvanoplastie ou électrodéposition, ou insert de couleur dans la masse. En variante également, la représentation de cible pourrait être une image ou une vidéo projetée, sur écran ou par vidéoprojecteur, et le positionnement du centre de visée sur le centre de mesure pourrait être assuré par alignement de pixels.
Il a également été décrit une représentation de cible 16 affichée en face avant A de la plaque interactive 12. Mais en variante, elle pourrait être affichée contre la face arrière B, de manière à la protéger contre les impacts, auquel cas il est nécessaire que la plaque interactive 12 soit transparente. En termes de matériaux, la plaque interactive 12 peut être choisie, selon les applications visées, en polycarbonate, verre éventuellement blindé, alliage d'acier, etc. Il convient de choisir tel ou tel matériau en fonction de sa transparence et/ou résistance aux projectiles attendus.
II a également été décrit une plaque interactvie 12, mais une surface interactive quelconque, notamment non plane, pourrait plus généralement convenir, comme par exemple une coque tridimensionnelle d'objet.
Il a également été décrit une unité centrale de traitement 14 disposée en face arrière B de la plaque interactive 12. Mais en variante, l'unité centrale de traitement 14 pourrait être au moins en partie déportée, notamment sur un ordinateur. Bien d'autres variantes sont possibles pour concevoir l'ensemble constitué de la plaque interactive 12, le support d'affichage de la représentation de cible 16 et l'unité centrale de traitement 14.
Il a également été décrit une machine-outil 32 à pointe d'usinage 30 qui, en variante, pourrait être remplacée par un dispositif d'usinage par laser.
Il a également été décrit un ensemble de quatre transducteurs, mais trois transducteurs peuvent suffire pour établir une localisation par calcul analytique de triangulation. Davantage de transducteurs peuvent aussi être prévus pour améliorer la localisation par calcul analytique.
II apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation de l'invention qui est faite précédemment entre la page 4 ligne 22 et la page 6 ligne 33, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l'invention au mode de réalisation exposé dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact comportant :
- une surface interactive (12) présentant une face avant (A) de réception d'un impact (P), et
au moins trois transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT), devant être répartis et fixés contre la face avant (A) ou une face arrière (B) de la surface interactive (12), conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive (12) à partir de l'impact (P) et les transformer en signaux électriques,
le procédé de fabrication comportant les étapes suivantes :
détermination (102) d'un point central de positionnement (CA, CB, Cc, CD ; C) pour chaque transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) sur la face avant (A) ou arrière (B) de la surface interactive (12),
- fixation (102) de chaque transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) autour de son point central de positionnement (CA, CB, Cc, CD ; C), chaque transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) présentant une couche conductrice inférieure (22) formant une première électrode par laquelle il est fixé contre la face avant (A) ou arrière (B) de la surface interactive (12), une couche intermédiaire piézoélectrique (24) et une couche conductrice supérieure libre (26) destinée à former une deuxième électrode,
caractérisé en ce qu'il comporte en outre, suite à la fixation (102) de chaque transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT), une étape d'usinage (104) de la couche conductrice supérieure libre (26) d'au moins l'un des transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) à l'aide d'une machine-outil (32) au moins jusqu'à la couche intermédiaire piézoélectrique (24) de ce transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) pour former la deuxième électrode de ce transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) en la centrant autour de son point central de positionnement (CA, CB, Cc, CD ; C) en tant que portion de couche conductrice supérieure (34) aménagée dans la couche conductrice supérieure libre (26).
2. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon la revendication 1 , dans lequel l'usinage (104) de la couche conductrice supérieure libre (26) dudit au moins l'un des transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) est réalisé circulairement pour former la deuxième électrode sous la forme d'un disque centré sur le point central de positionnement (CA, CB, Cc, CD ; C) de ce transducteur (PTA,
3. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape d'usinage (104) est réalisée sur tous les transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) fixés contre la face avant (A) ou arrière (B) de la surface interactive (12).
4. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la machine-outil (32) réalisant l'usinage (104) est un dispositif d'usinage par laser.
5. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel quatre points centraux de positionnement (CA, CB, Cc, CD ; C) disposés en losange, rectangle ou carré sont déterminés sur la face avant (A) ou arrière (B) de la surface interactive (12) pour la fixation de quatre transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT).
6. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape d'usinage (104) comporte un perçage de trous dans la surface interactive (12) destinés à recevoir des pions (20) de référence en positionnement d'un support de cible (18).
7. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape d'usinage (104) comporte un marquage d'un centre de mesure dans la surface interactive (12).
8. Procédé de fabrication d'un dispositif (10) de localisation d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant, suite à l'étape d'usinage (104), une étape (106) de raccordement par soudure de deux fils conducteurs à chaque transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT), l'un à la première électrode formée dans la couche conductrice inférieure (28) de ce transducteur et l'autre à la deuxième électrode formée dans la portion de couche conductrice supérieure (34) de ce transducteur, pour un traitement des signaux fournis par ce transducteur.
9. Dispositif (10) de localisation d'impact comportant :
une surface interactive (12) présentant une face avant (A) de réception d'un impact (P), et
au moins trois transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT), répartis et fixés autour de points centraux de positionnement respectifs (CA, CB, Cc, CD ; C) contre la face avant (A) ou une face arrière (B) de la surface interactive (12), conçus pour capter les ondes mécaniques progressives se propageant dans la surface interactive (12) à partir de l'impact (P) et les transformer en signaux électriques, chaque transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) présentant une couche conductrice inférieure (22) formant une première électrode par laquelle il est fixé contre la face avant (A) ou arrière (B) de la surface interactive (12), une couche intermédiaire piézoélectrique (24) et une couche conductrice supérieure libre (26) destinée à former une deuxième électrode,
le dispositif (10) étant caractérisé en ce que la couche conductrice supérieure libre (26) d'au moins l'un des transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) comporte une portion de couche (34) formant la deuxième électrode centrée sur le point central de positionnement (CA, CB, Cc, CD ; C) de ce transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT) et isolée électriquement d'une autre portion périphérique (36) de la couche conductrice supérieure libre (26) par un usinage réalisé au moins jusqu'à la couche intermédiaire piézoélectrique (24) de ce transducteur (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT).
10. Installation de tir ludique ou sportif comportant :
un dispositif (10) de localisation d'impact selon la revendication 9, comportant en outre une unité centrale (14) de traitement électronique des signaux électriques fournis par lesdits au moins trois transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT), conçue pour une localisation d'impact par une analyse de différences de temps de propagation des ondes mécaniques progressives issues de l'impact (P) vers les transducteurs (PTA, PTB, PTC, PTD ; PT), et
- au moins une représentation de cible (16) destinée à être affichée dans un plan de la surface interactive (12) du dispositif (10) de localisation d'impact.
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