Brevet FR2003130A1 — publié le 19691107

L'invention relève de la métrologie et conoerne un dispositif permettant de positionner un objet par rapport à un faisceau de rayons collima-té. Dans des machines-outils, telles qu'un tour, et dans les appareils optiques, tels qu'un comparateur, le déplacement relatif d'une pièce de l'outil, respectivement de l'appareil optique, est assez souvent mesuré à l'aide d'un faisceau de rayons. On compare par exemple la longueur du trajet optique parcouru par un faisceau réfléchi par l'objet avec celle d'un trajet parcouru par un faisoeau de rayons cohérent au premier fais- • ceau et réfléchi par un objet fixe. Pour effectuer des mesures de précision, il faut que la direction dans laquelle se déplace l'objet coïncide entièrement ou pratiquement avec celle du faisceau de rayons. L'invention vise à fournir Tin dispositif répondant d'une façon assez simple à oette exigence. Conformément à l'inveiition, une plaque rotative à face parallèle, transparente aux rayons est disposée sur le trajet parcouru par le faisceau de rayons de façon que l'axe de rotation et le faisceau de rayons se croisent et que la distance comprise entre l'axe de rotation et le bord du faisceau de rayons soit supérieure à la moitié de l'épaisseur de ladite plaque. Le signal engendré par un détecteur sensible aux rayons, disposé sur le trajet de rayons après la plaque, permet de déterminer rigoureusement la position de l'axe de l'objet par rapport à la direction du faisceau. Le détecteur peut Stre fixé à l'objet. Il est également possible de disposer le détecteur et l'appareil électronique y connecté de façon fixe. Dans ce cas, les rayons sont réfléchis par un système d'éléments rétro— direetifa fixé à l'objet. Ainsi, on obtient en outre l'avantage qu'après réflexion, les rayons subissent une double déviation de sorte que la précision du système de mesure est devenue deux fois plus grande. L'invention est basée sur l'idée qu'un étroit faisceau de rayons -tel que celui provenant d'un laser - frappant selon un angle d'incidence inférieur à 90° une plaque à faces parallèles, est décalé d'une distance fonction de l'angle d'incidence. La description suivante en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment -l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La fig. 1 représente tin premier exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. Les fig. 2a et 2b montrent des diagrammes illustrant le fonctionne- 69 05700 2 2003130 ment du dispositif représenté sur la fig. 1. Les fig. 3 et 4 représentent des variantes du dispositif représenté sur la fige 1. La fig.5 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif de la fig.4. 5 Sut la fig. 1, un faisceau collimaté (2) provenant de la source de rayonnement (1), qui est constituée par un laser, frappe le détecteur sensible aux rayons (5)> lui est fixé au chariot (4) d'un bano de mesure (3). Supposons que le détecteur (5) et le chariot (4) sont disposés, par rap -port au banc de mesure, de telle façon que l'intensité du faisceau de 10 rayons capté par le détecteur (5) soit maximale. Sur le trajet parcouru par les rayons est disposée une plaque de verre à faces parallèles (7) à un endroit tel que lorsqu'elle occupe la position B indiquée en pointillé sur le dessin, le faisoeau (2) rase l'une des faces parallèles de la plaque (7)« Si, à partir de oette position, la plaque (7) est tournée d'un 15 angle """f autour d'un axe perpendiculaire au faisoeau de rayons, le faisceau est réfracté par les faoes parallèles de la plaque, Le faisoeau sortant de la plaque (7) est décalé parallèlement par rapport au faisceau incident. Le décalage est maximal lorsque l'angle de rotation ^ est petit et partant l'angle d'incidence est presque égal à 90°. Le décalage est mi-20 nimal lorsque l'angle de rotation est égal à 9O0 et partant l'angle d'incidence est égal à 0° (position A'de la plaque)i Se ce qui précède, il ressort que l'intensité I du. rayonnement atteignant le déteoteur (5) varie de la façon indiquée sur la fig.2a. Pour ^ « 0 (position B de la plaque) l'intensité est maximale. Lorsque ^ diffère 25 un peu de 0, l'intensité est pratiquement nulle, du fait que le déoalage du faisoeau est alors maximal. Lorsque l'angle de rotation croît,l'intensité atteint progressivement une valeur maximale, qui est obtenue lors- •ç fr _ que v- - .Ensuite, l'intensité déoroit progressivement jusqu'à 0,valeur qui est atteinte lorsque ^ est presque égal à.Tf . Lorsque-^ est exacte-30 ment égal à 1^* , l'intensité est à nouveau maximale. Le passage d'une intensité minimale à une intensité maximale pour des valeurs de égales à un nombre entier de fois'Tj' est très brusque. La courbe I - f )est symétrique par rapport aux valeurs » 2n + 1 n^(n étant un nombre entier). Lorsque le chariot (4) et partant le détëcteur (5) sont décalés, la 35 courbe d'intensité I - f (-^ ) ne varie pas si l'axe (6)du chariot (4) est parallèle au faisceau de rayonnement (2). Si l'axe (6) et le faisceau (2) forment un petit angle entre eux, l'intensité I varie de la façon indiquée sur la fig. 2b. Lorsque » 0, la oourbe I et partant le signal engendré par le détecteur présentent à nouveau un maximum, alors que dans le oas où 40 diffère un peu de 0 et de nir (n étant un nombre entier), il présente 69 0570Q 3 2003130 un minimum. Le maximum pour les angles compris entre n et (n + 1) T[ n'e£ pas situé à (2n * 0 7T ,mais à un angle différant de cette valeur. Un oscillographe reproduisant le signal amplifié montre une courbe asymétrique entourée par des crêtes étroites. L'asymétrie peut rigoureusement être dé— 5 terminée à l'aide des distances b et ç (voir la fig. 2b). En faisant tourner le faisceau de rayonnement (2) ou l'axe (6) du bano de mesure, on peut obtenir que la courbe asymétrique reproduite par l'osoillographe et représentant le signal engendré par le détecteur (5) de' vienne à une courbe symétrique. 10 On a constaté que cette méthode semi—visuelle permet même d'observer rigoureusement un déplacement dans la direction transversale du détecteur (5) de 1*ordre de grandeur de 30yun. Il est évident qu'à l'aide de moyens auxiliaires électroniques appropriés, oe résultat peut notablement être amélioré. 15 Dans le dispositif représenté sur la fig.3> le détecteur (5) est dis posé de façon fixe. Le système rétro-dire et if (11')» 1ui est constitué par la lentille (12) et le miroir concave (13)» est fixé au chariot de mesure, non représenté sur le dessin. La plaque de verre (7) est disposée de telle façon que lorsqu'elle occupe la position B, le faisceau (2) provenant du 20 laser et le faisceau réfléchi rasent la plaque. Le faisceau (2) traverse deux fois la plaque en verre (7) portée en rotation pour atteindre le détecteur (7) après avoir été réfléchi par le miroir (14)» Les signaux électriques engendrés dans le détecteur (5) sont analogues à ceux formés dans le dispositif représenté sur la fig.t. Il est vra: que la précision de mesure est deux fois plus grande, du fait que dans le cas d'un déplacement ^ du chariot de mesure (4)et partant du système ré-tro-directif (11) perpendiculaire à la direction du faisceau (2), le déplacement transversal du faisceau provenant du laser et réfléchi par la système rétro-direetif (11) est de 2 A. Le maximum de la courbe symétrique, respectivement asymétrique (fig.2a, respectivement 2b)est par conséquent plus brusque. Un autre avantage réside dans le fait que le câblage électrique connecté au détecteur (5) et, éventuellement, l'appareillage électronique ne sont pas mobiles. 35 Dans le dispositif représenté sur la fig.4, le faisceau collimaté (2) provenant du laser traverse le miroir semi-transparent ('18),est réfléchi par le système rétro-directif (11) pour atteindre ensuite le détecteur (5), après avoir été réfléchi par ledit miroir (18). Dans le cas d'un alignement optimal du chariot de mesure (non représenté sur le dessir 40 auquel est fixé le système (11), le faisoeau provenant de la source de 25 30 05700 4 2003130 rayonnement coïncide avec celui réfléchi par le système (11). Lorsque la plaque rotative (7) occupe la position A, une partie du faisceau oollimaté sortant de la source (l) est réfléchie par l'une des faces parallèles de la plaque (7)» Cette partie réfléchie atteint le détecteur (5) après avoir été réfléchie par le miroir (18), ce qui amplifia le signal engendré par le détecteur (5). Dans le cas d'une rotation de la plaque (7)> la courbe présente donc de petites crêtes superposées pour ce qui fournit une indication de symétrie additionnelle (fig.5). 05700 5 2003130 EEÏElDICiT I 0 I S 1 - Dispositif permettant de positionner un objet par rapport à un faisoeau de rayons oollimaté, dispositif qui est principalement caractérisé en ce qu'une plaque rotative, à faces parallèles, transparente aux rayons est disposée sur le trajet parcouru par le faisceau de rayons de façon que l'axe de rotation et le faisceau de rayons se croisent et que la distanoe comprise entre l'axe de rotation et le bord du faisceau de rayons soit supérieure à la moitié de l'épaisseur de ladite plaque. 2 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le déteo-teur de rayonnement est fixé à l'objet. 3 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'un système d'éléments rétro-directifs est fixé à l'objet. 4 - Dispositif selon revendiUation 3» caractérisé en ce qu'un miroir semi-transparent aux rayons est disposé sur le trajet du. faisceau de rayons entre la source de rayonnement et le système rétro-direetif, ce miroir réfléchissant les rayons réfléchis par le système rétro-direetif et la plaque vers le détecteur.