Brevet FR2013411A1 — publié le 19700403

L'invention concerne an dispositif déterminant à l'aide d'un système de mesure la position de .deux" objets mobiles l'un par rapport à l'autre, dispositif particulièrement propre à mesurer ou régler exactement les déplacements relatifs de ces 5 objets» On peut songer à utiliser, par suite de leur grande précision, des dispositifs automatiques de captage de trait pour une telle mesure exacte des déplacements relatifs de deux objets. Mais ces dispositifs automatiques, constitués par exem-10 pie par des microscopes photo-électriques, ne possèdent qu'un champ trop restreint pour pouvoir servir à des mesures. Aussi les utilisait-on jusqu'à présent surtout comme indicateurs de zéro, par exemple pour capter exactement et de manière reproductible des traits ou autres repères analogues. 15 L'invention a pour objet un dispositif de ce genre qui élimine les inconvénients précédents et se distingue surtout par une grande précision, une structure simple et des possibilités d'utilisation univers.#Lles. Ce dispositif est caractérisé par le fait que l'un 20 des deux objets comporte au moins un trait ou autre repère analogue dont un système optique fournit une image agrandie que reprend un dispositif automatique de captage de trait, ce capteur automatique étant en liaison mécanique directe avec la partie mobile du système de mesure afin de déterminer le dépla-25 cernent agrandi du trait ou repère* Dans un mode de réalisation préféré, l,image optique du trait de repère est captée par un microscope photoélectrique dont le système oscillant déplaçable en translation dans le champ du système optique fixe de formation d'image est 30 directement accouplé à la partie mobile du système de mesure.» Les avantages de l'invention sont particulièrement marqués si , le système de mesure précité est un système numérique de mesure de longueurs et si, de plus, le système oscillant du microscope photo-électrique comporte comme organe de balayage de l*ima-35 ge du trait un fil métallique vibrant. On connaît, par exemple par le brevet français n° 1.15Q 777, de tels microscopes photoélectriques avec balayage par fil métallique vibrante Suivant une autre particularité avantageuse de l'invention, le système oscillant du microscope photo-électrique 40 comporte, pour rechercher les positions que l'image du trait 69 24656 2 2013411 peut occuper dans le champ du système optique de formation d'image, un asservissement "qui le maintient sur une image de trait atteinte même si la position de cette dernière dans le champ du système optique de formation d'image varie,, ^ ' Dans une disposition particulièrement avantageuse la partie mobile du système de mesure et le capteur de trait sont posés sur un môme support dont la partie qui les assemble reste exempte des contraintes mécaniques pouvant survenir pendant le déplacement dudit support j la partie mobile du système de mesure et le capteur de trait sont disposés sur ce même support en denors de sa partie guidée, c'est-à-dire dans sa partie qui est én porte-à-faux aitme pendant l'opération de mesure ; d© g* Suait support, 11 ensemblêf/ se trouve du cbte «u ce dernier est attaqué par l'organe qui le déplace, et la partie en porte-à—faux de ce mÔ-jj- me support présente une rainure dans laquelle sont insérés la partie mobile du système de mesure et le capteur de trait# Cette disposition est destinée à éviter qu« d'éventuelles contraintes ne soient transmises par le support à la partie mobile du système de mesure et au capteur de trait 20 en leur imprimant des déformations fâcheuses© Si, au cours do. déplacement du support ainsi agencé, il s'exerce dans son guidage des contraintes dues par exemple à la présence d*un grain de poussière, la partie guidée du support subit- des déformations correspondantes, mais la partie en porte-à-faux dans laquelle 25 sont disposés la partie mobile du système de mesure et le capteur de trait échappe en revanche' à l'action de ces mômes contraintes» l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple 30 no£l limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente un dispositif conforme à ladite invention et destiné à subdiviser l'intervalle de deux traits de repère ; 35 la figure 2 représente le dispositif adapté à l'é preuve ,d* objectif s % la figuré 3 représente un détail agrandi de la figure 2 avec l'indication de plusieurs temps successifs de l'épreuve *d' objectif ; ' * 40 la figure"4'représente 'ïë~dispositifadapté - BAD ORIGINAL 69 24656 3 2013411 au. réglage de faibles translations ; la figure 5 représente une particularité avantageuse du dispositif j la figure 6 est une vue de dessus correspondant à 5 la figure 5* La figure 1 représente un dispositif de subdivision de l'intervalle séparant, dans une graduation de mesure 11, deux traits de repère voisins 10» Une lampe 13 éclaire, à travers un condenseur 14 et un miroir 15 en partie transparent, 10 nos surface relativement étendue de la graduation llo Des objectifs 12 et 16 donnent dans le plan d'oscillation du fil métallique vibrant 17 d'un microscope photo-électrique de type connu l'image du trait de repère 10 éclairé, La lumière traversant un diaphragme 18 est projetée par une lentille de champ 19 15 sur un élément photo-électronique 20 qui transmet par sa ligne de sortie 30 des signaux électriques à l'élément de commande d'asservissement 29. Un servomoteur 27 commandé à travers la ligne de sortie 28 de l'élément 29 imprime, par l'intermédiaire d'une bande 31, un mouvement rectiligne suivant la flèche 22 au 20 système oscillant 21 du microscope photo-électrique» Le système oscillant 21 se déplace librement et sans jeu dans un guidage 23 en restant dans le champ du système optique de formation d'image 12, 16. Le guidage 23 est fixe et sert avantageusement aussi de support aux systèmes optiques 12, 25 16 de formation d'image et 13, 14 , 15 d'éclairage du microscope photo-électrique insérés tous deux dans un carter 24o Le système oscillant 21 est directement couplé, conformément à l'invention, avec la graduation 25 d'un système numérique de mesure de longueurs* L'appareil de balayage 26 de la 30 graduation de mesure 25 est fixe. Le système numérique de mesure de longueurs consiste par exemple en un système absolu de type connu comportant une graduation codée 25.L'appareil de balayage 26 renferme une lampe 32 éclairant à travers un condenseur 33 les repères de la graduation codée 25 et de la plaque de bala-35 yage 34« Les faisceaux lumineux traversant la graduation codée 25 et la plaque d'exploration 34 sont concentrés par des objectifs 35 sur des éléments photo-électroniques 36 placés en aval des repères de graduation. Les signaux dp sortie de ces éléments photo-électroniques 36 parviennent à des amplificateurs 38 par 40 là ligne 37, puis des sorties 39 de ces amplificateurs à un 24656 2013411 ensemble évaluateur-compteur électronique 40 de type connu.» le trajet de translation de la graduation codée 25 accouplée au système oscillant 21 du microscope photo-électrique peut se lire, en chiffres, sur le tableau indicateur 41 de l'ensemble électro-5 nique 40 précité* le comptage des intervalles complets de la graduation 11 peut être effectué à l'aide d'un autre dispositif numérique de mesure de longueurs de type connu, que l'on s'est abstenu de représenter» On va exposer maintenant le fonctionnement du dis-10 positif d'ensemble représenté par la figure 1» le système optique 12, 16 donne dans le plan de vibration du fil métallique 17 du microscope photo-électrique l'image agrandie d'un trait de repère 10 de la graduation 11. le système d'asservissement composé du groupe de commande 29 et du servomoteur 27 déplace le système 15 oscillant 21 du microscope dans le champ du système optique de formation d'image 12, 16 jusqu'à ce que l'image du trait 10 soit captée» L'asservissement maintient le système oscillant 21 sur l'image de trait captée même si la position de celle-ci dans le champ du système optique 12, 16 vient à se modifier de nouveau» 20 On peut lira sur le tableau indicateur 41 de l'ensemble électronique 40 la position de l'image captée à l'aide du système oscillant 21» l'élément de commande d'asservissement 29 est programmé en sorte que, pour rechercher les positions possibles de l'image du trait dans le champ du système optique de formation 25 d'image 12, 16, le système oscillant 21 se déplace constamment en va-et-vient suivant la flèche 22. Du fait que les repères 10 de la graduation 11 ont leur image optique agrandie dans le plan de vibration du fil métallique 17 il résulte que les erreurs de. réglage éventuelles, 30 dans ce même plan, ne se répercutent sur la. détermination véritable de la position desdits repères que dans une mesure réduite qui est donnée par le rapport entre le déplacement réel et le déplacement optiquement agrandi d'un repère 10 de la graduation 11. Il est particulièrement avantageux aussi que le système 35 oscillant 21 du microscope photo-électrique renferme par exemple • comme en lra exposé dans le brevet français n° 1 150 777, à titre d'organe de balayage de l'image du trait un fil métallique tendu 17 mis en vibration mécanique suivant la flèche 50» Un tel fil vibrant 17 présente non seulement une bonne stabilité du point zéro, mais aussi une très faible masse, ce qui est important pour 69 24656 2013411 la translation du système oscillant 21 dans le champ du système optique de formation d'image 12, 16. Les figures 2 et 3 représentent un dispositif d'épreuve de distorsion d'objectifs, dans lequel le système optique 5 de formation drimage 12, 16 du microscope photo-électrique de la figure 1 est remplacé par l'objectif à éprouver 12*„ Deux traits 10* sont éclairés d'en dessous par une lampe 13 suivie d'un condenseur 14 et ce même objectif 12* fournit leur image dans le plan d'oscillation du fil métallique vibrant 17 du mi-20 croscope photo-électrique* Le système d'asservissement, constitué comme sur la figure 1 par un élément de commande 291 et un servomoteur 27, déplace le système oscillant 21 du microscope dans 1® champ du système optique fixe 12* de formation d'image jusqu'à ce que l'image optique dfun des deux traits de 15 repère soit captée. La position correspondante de l'image captée est lisible sur le tableau indicateur 41 du compteur électronique 40 ou est donnée par une imprimeuse reliée à ce dernier» L'élément de commande 29* de l'asservissement est programmé en sorte que, après être resté peu de temps sur l'iaage 20 de trait captée la première, le système oscillant 21 soit de nouveau déplacé jusqu'à ce que l'autre image, voisine, correspondant au second trait soit captée à son tour* ïïn»nouvelle lecture ou impression de l'indication du compteur 40 permet de constater l'écartement des repères des deux images de trait' On dé-25 place ensuite, comme on le voit sur la figure 3, les deux traits 10' par rapport à l'objectif fixe 12* et l'on renouvelle l'opération de mesure ci-dessus. On effectue autant de- tels pas qu'il en faut pour couvrir tout le cûamp de 1*objectif 12*» Si* par exemple, les écartements mesurés, dans ces différents 30 pas, entre les images correspondantes des couples de traits 10e projetés successivement sont égaux entre eux, c'est que l'objectif 12* ne présente pas de distorsion» La figure 4 représente un dispositif de réglage de petits déplacements agencé selon l'invention. L'objet 11* 35 dontH s'agit de régler la position peut par exemple porter un seul trait de repère 10* dont le système optique 12, 16 du microscope photo-électrique conforme à la figure 1 donne l'image dans le plan d'oscillation du fil métallique vibrant 17» Un ensemble programmateur-comparateur 45 transmet par sa sortie 40 46 des signaux au servomoteur 27 jusqu'à ce que ce dernier ait 69 24656 6 2013411 amené le système oscillant 21 du microscope à la position voulue, .oe dont ledit ensemble 45 reçoit l'avis par la sortia 47 du compteur électronique 40o Lorsque la position de consigne programmée et la position réelle annoncée par le compteur 40 5 concordent, l'élément de commande d'asservissement 29 est mis en marche par la sortie 48 du programmateur-comparateur 45# Le servomoteur 27' soumis à l'action de l'élément de commande 29 par la sortie 28 déplace dans le champ du système optique de formation d'image 12, 16 l'objet 11* jusqu'à qe que l'image du 10 trait 10" soit captée par le système oscillant 21 préréglé » ce dont l'élément de commande 29 est avisé, à travers la ligne de sortie 30 de l'élément photo-électronique 20, par des signaux électriques» Une fois effectué le réglage à la position voulue de l'objet 11*, qui consiste par exemple en une table 15 de machine;, le programmateur-comparateur 45 peut par exemple déclencher par sa sortie 51 le dispositif de commande d*un outil ou d'u,n organe analogue® Les figures 5 et 6 représentent un dispositif analogue à celui de la figure 1 et destiné à subdiviser un inter-20 valle de graduation de mesure 11 défini par deux traits de repères voisins. A la différence de la figure 1, le système oscillant 21 du microscope photo-électrique est couplé mécaniquement, par l'intermédiaire d'un support 9, avec la graduation 25 d'un 25 système numérique de mesure d© longueurs d'un type connu. Cette graduation de mesure 25 et le système oscillant 21 sont disposés sur la partie en porte-à-faux du support 9 , partie restant en pratique exempte des contraintes mécaniques qui peuvent survenir au cours du déplacement de ce dernier. 30 L'appareil de bal,sysge 26 de la graduation de mesure 25 est fixé à demeure» Ladite graduation 25 et le système oscillant 21 du microscope photo-électrique sont déplaçables avec leur rapport commun, librement et sans jeu, dans un ensemble de guidage 23 par la tige filetée 31*® L'ensemble de guidage 23 est-35 fixe, et il sert également de support aux systèmes optiques de formation d'image 12, 16 et d'éclairage 13, 14, 15 du microscope photo-électrique insérés tous deux dans un carter 24* Le dispositif représenté par la figure 5 fonctionne de la même manière que celui de la figure 1. 69 24656 7 2013411 REVENDICATIONS lo Dispositif déterminant à l'aide d*un système de mesure la position de deux objets mobiles l'un par rapport à l'autre caractérisé par le fait que l'un des deux objets 5 comporte au moins un trait ou autre repère analogue dont un système optique fournit une image agrandie que reprend un dispositif automatique de captage de trait, ce capteur automatique étant en liaison mécanique directe avec la partie mobile du système de mesure afin de déterminer le déplacement agrandi 10 du trait ou repère» 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait .que l'image optique du trait de repère est reprise par un capteur photo-électrique de trait et ce capteur déplaçable en translation dans le champ du système optique fixe 15 de formation d'image est relié directement à la partie mobile du système de mesure afin de constater le déplacement de ladite image optique du trait de repère* 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qu'il comporte, pour capter les traits de 20 repère, un microscope photo-électrique à fil métallique vibrant dont le système oscillant est déplaçable en translation dans le champ du système optique de formation d'image des trarfc de repère et est en liaison mécanique directe avec la partie mobile du système de mesure. 25 4-» Dispositif selon les revendications 1 à 3 ca ractérisé par le fait que le système de mesure couplé avec le système oscillant du microscope photo-électrique est un dispositif numérique de mesure de longueurs» 5. Dispositif selon la revendication 4 caractéri- 30 sé par le fait que le dispositif numérique de mesure de longueurs est un dispositif de balayage photo-électrique. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5 caractérisé par le fait que le dispositif numérique de mesure de longueurs destiné à constater le déplacement agrandi optiquement 35 du trait de repère est un système de mesure de longueurs absolu à échelle codée dont la partie mobile est en liaison mécanique directe avec le système oscillant du microscope photo-électrique. 7» Dispositif selon les reyendications 4 et 5 caractérisé par le fait que le dispositif numérique de mesure 40 de longueurs destiné à constater le déplacement agrandi 69 24656 8 2013411 optiquement du trait de repère est un système de mesure de longueurs incrémentiel à échelle et plaque de balayage en grilles dont la partie mobile est en liaison mécanique; directe avec le système oscillant du microscope photo-électrique» 5 8. Dispositif selon les revendications 1 à 7 ca ractérisé par le fait que le système oscillant du microscope photoélectrique comporte, pour rechercher les positions que l'image du trait peut occuper dans le champ du système optique de' formation d'image, un asservissement qui le maintient sur un 10 trait de repère atteint même si la position dé ce trait varie dans le champ du système optique de formation d'image0 9. Dispositif selon les revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que la partie mobile du système de mesure et le capteur de trait sont posés sur un même support dont la -15 partie reste exempte des contraintes mécaniques pouvant survenir pendant le déplacement dudit support. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que la partie mobile du système de mesure et le capteur de trait'sont disposés sur lë support en dehors de 20 sa partie guidée, g 'est-à-dire dans une. .partie qui est en porte-à-faux même pendant- l'opération de mesure,, 11» Dispositif selon les revendications 9 et 10 caractérisé par le fait que les guides du support commun à la partie mobile du système de mesure et au capteur de trait se 25 trouvent du côté où. il est attaqué par l'organe qui le déplace et la partie en porte-à-faux de* ce même support présente une rainure dans laquelle la partie mobile du système de mesure et l'organe de vibration du capteur de trait sont inséréé»