Brevet FR2034786A1 — publié le 19701218

i 2034786 La présente invention concerne un dispositif photoélectrique pour déterminer sans contact de petites variations subies, en position ou en angle, par des objets. Le brevet DL-PS 31.936, fait connaître,pour la-mesure de 5 mouvements,un appareil d'exploration photoélectrique qui est indépendant du courant du secteur,et qui utilise la variation de la lumière réfléchie sur l'objet de mesure, mais ce dispositif ne permet pas d'effectuer une mesure quantitative» On connaît également,par le brevet Dï-AS ÎT® 1.145.807, "un 10 dispositif de mesure des écarts de position d'un organe mobile par rapport à un système de référence,dans lequel on produit par déplacement relatif de la trame ou grille et de l'image de trame, des impulsions successives dont le nombre constitue une mesure de la variation de position pendant un intervalle de temps déter-15 miné. En outre,pour la détermination d'une position,les brevets Dï-AS n° 1.281.158 et DT-AS N° 1.241.128 enseignent la formation de l'image lumineuse d'une fente sur une trame ou grille et l'utilisation de la modulation de lumière aux fins de la mesure.Oes dispositifs fonctionnent suivant d'autres principes que celui de 20 l'invention. Le dispositif selon le brevet DT-AS n° 1.273*210 de détermination photoélectrique de la position relative de deux éléments utilise un faisceau lumineux défini par une fente éclairée par une source , deux éléments photosensibles étant montés dans 25un circuit à pont. Ce dispositif sert de générateur d'impulsions de zéro. Le brevet DÏ-AS n°l.089.561, fait connaître un dispositif de mesure précise sans contact des variations de position d'un objet déplacé dans la direction de lraxe optique du- système de 30formation d'image,dispositif dans lequel la lumière produite par une tache lumineuse de la surface de l'objet est décomposée par un diviseur de faisceau en deux faisceaux dirigés vers deux convertisseurs photoélectriques. Toutefois ce dispositif ne permet pas de déterminer des écarts latéraux de position ou des écarts 35 angulaires par rapport à 1' axe optique. Dans le brevet BT-AS n° 1.207.640, on décrit un dispositif de détermination photoélectrique de la position d'un objet réglable par rapport à un point de référence,dans lequel l'objet soumis à la mesure doit être pourvu d'un prisme en toit ou dièdre,au 40 besoin déplacé périodiquement . Sur ce prisme en dièdre est formée 195/70 70 08407 2 2034786 l'image d'un diaphragme à fente lumineuse gui dévie le faisceau de mesure en direction dé deux cellules photoélectriques de manière à produire des signaux électriques correspondants. Ce dispositif présente 1'inconvénient•que l'écartement entre le prisme 5 en dièdre et la'fente lumineuse ainsi que l'orientation doivent être assurés avec une très grande précision et que des encrassements (vapeur d* huile ,pous si-ère) altèrent les résultàts de mesure. L'invention a pour "but de réaliser un dispositif photoélectrique du type précité qui soit d'une construction relativement sim-10 pie et donc peu coûteuse * et exempt- des inconvénients rappelés ci-dessus . A cet' effet, on utilise les moyens précisés ci-après» Les avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans là suite de la description,donnée à titre d'éxemple non-limitatif ,en référence aux dessins annexés dans lesquels :. 15 ELg.l représente un dispositif pour produire un signal ser- • vant à la correction d'erreurs "angulaires d'un chariot de mesure; Fig.2 est un diagramme signal-déplacement ou signal-angle; Fig.3 est une variante d'un détail d'un dispositif selon la . figure 1. 20 Par l'intermédiaire d'un condenseur 2 une lampe 1 éclaire une fente,éventuellement par l'intermédiaire d'un dispositif à fibres optiques désordonnées ,de manière à rendre la répartition de lumière dans la fente indépendante du changement de lampe et à réduire au minimum l'échauf f ement des éléments déterminant-la stabilité 25 du point zéro. La lumière issue de la fente 3 arrive sur un diviseur 5 de forme cubique puis sur un objectif réalisé-comme un objectif de longue-vue 6 et qui projette le faisceau "lumineux sur un miroir plan 7 dans des conditions telles que le-faisceau se réfléchisse sur lui-même (anto-collimation) et donne,âprès réfle-30 xion sur. le diviseur cubique -5» l'image 8 ~de la fente 3 sur un bord" réfléchissant 9 d'un cube 10. Pour une meilleure "utilisation de la lumière,lé diviseur cubique 5 peut -être'polarisé;dans ce cas, 'on-dispose entré -lui ét le miroir' 7 une plaque quart-d'onde • ou -une cellule de Faraday,qui fait 'touriier- de"90°- l'a'direction ■35d'oscillation de la -lumière de telle façon que là totalité de la lumière -utile-ëstRéfléchie 'sur le •:diviéette---cû'bi:que •Lorsque-'ïé'inixkiir ^^estiêxactémen^ piVrpendicTilaire au faisceau-lumineux issu~\de-l'" objectif ^MB^la moi ^ 8 de la -fente se vtrouve 'stiri :la "partie' réfléchissante du bord- séparateur 9 195/70 COPY ! 70 08407 3 2034786 et l'autre moitié de l'image est à côté,de telle manière que la lumière contenue dans l'image 8 de la fente est dirigée pour une moitié vers un canal récepteur 11 et pour l'autre moitié vers un canal récepteur 12. Dans le Canal récepteur 11,une lentille col-5 lectrice 13 forme une image de la pupille de l'objectif 6 sur un convertisseur photoélectrique 14-,qui est par exemple, réalisé sous forme d'une photodiode. Dans le canal récepteur 12,une lentille collectrice' 15 assure également la formation d'une image de la pupille de l'objectif 6 sur un convertisseur photoélectrique 16, 10 qui peut également être sous forme de photodiode,ce qui fait que, en fonctionnement bloqué de ces photodiodes, on obtient.une courbe caractéristique linéaire du convertisseur. Les courants fournis par les convertisseurs photoélectriques 14 et 16 sont appliqués à un amplificateur différentiel 20 et, au besoin peu? l'in-15 termédiaire des deux canaux récepteurs et de leurs convertisseurs jiont'és^- en série sur des éléments sLe canaux de mêmes pentes (résistances de sommation 21 et 22) ,;ân amplificateur de sommation 23» L'amplificateur de sommation est réalisé en forme d'amplificateur OF et son entrée est reliée à sa sortie par l'intermédiaire 20 d'une résistance de réaction 27 de manière à produire un couplage de réaction négatif. L'amplificateur de sommation 23 règle le dispositif 25 d'alimentation de la lampe 2 de telle manière que le niveau de sortie de l'amplificateur 23 ait line valeur de consigne déterminée. Cette valeur de consigne peut par exemple être 25 réglée au moyen d'une résistance 26. Si donc l'image 8 de/'fente se trouve toute entière sur le bord séparateur 9 de manière que seul le canal récepteur 11 reçoive de la lumière et que le canal récepteur 12 soit sombre,il se produit un.signal constant 30 . (fig.2) à la sortie de l'amplificateur différentiel 20. Si le 30 miroir 7 bascule (d'un angle &) de manière que l'image de fente 8 se déplace au-delà du bord séparateur réfléchissant 9iUne partie de la lumière arrive également dans le canal récepteur 12 et l'amplificateur différentiel fournit alors.un signal qui s'an-• . nule pour une valeur déterminée de la répartition .du flux lumi-35 neux dans les deux canaux récepteurs 11. et 12,de préférence pour une répartition égale. L* amplitude du signal de sortie dépend alors. seulement de l'anglè éc^c' est-à-dire que,dans le diagramme .aiaplitu.de de signal /angle cc (figo2)- on obtient une. caractéris-tique 31. présentant une pente stabilisée par :1e;'circuit de régla-40 ge de' la lampe. Si la fraction d'intensité s'écoulant par le ca- /' 193/70 70 08407 4 2034786 nal récepteur 12 s'accroît ,1e signe du signal apparaissant à la sortie de l'amplificateur différentiel s'inverse. Enfin, si la totalité de l'intensité du rayonnement produit par l'image de fente 8 arrive au canal récepteur 12,1e signal de sortie 32 de 5 l'amplificateur différentiel 20 reste alors constant. Le dispositif décrit fonctionne donc de manière telle que la caractéristique 31 soit conservée indépendamment des variations des propriétés photométriques de l'appareil depuis la source lumineuse jusqu'à la séparation sur les deux canaux récepteurs. 10 Au lieu d'obtenir cet effet par un circuit de réglage de lampe,1e signal de sortie de l'amplificateur de sommation peut également, comme grandeur de commande, agir de manière telle sur le facteur d'amplification de l'amplificateur différentiel que le facteur d'amplification de cet amplificateur soit comman-15 dé à peu près proportionnellement au signal de sommation. Dans un mode avantageux d'utilisation du dispositif de la figure 1,1e miroir 7 est monté sur un chariot de mesure et le signal fourni par l'amplificateur différentiel 20 sert de signal de correction de l'écart angulaire de ce chariot de mesure. Des dé-20 fauts d'usinage font que, en fait1,les chariots de mesure ne peuvent pas être déplacés complètement sans erreur , de telle sorte que des erreurs de mesure dûes à de légers basculements lors du déplacement de ce chariot de mesure peuvent/Corrigées à l'aide de ce signal d'erreur angulaire,ce qui offre un intérêt": particu-25 lier lorsque le principe d'Abbe n'est pas observé. Dans le cas de la figure 3»on utilise comme objectifvun micro-objectif 36 qui coopère avec un miroir sphérique 37» Le centre 38 de la sphère est situé dans le plan où l'objectif 36 forme l'image de la fente 3- Le miroir sphérique 37 est ou bien convexe 3Û - il est alors situé entre le centre 38 de la sphère et l'objectif 36 - ou bien concave et, vu de l'objectif 36,il est alors situé de l'autre côté du centre 38. Le miroir-sphérique 37 est relié à l'objet dont la variation de position doit être déterminée. Pour de faibles écarts latéraux de position de l'objet et par con-35 séquent du miroir sphérique 37,1'image de fente 8 (figure 1) se déplace latéralement et il se produit les mêmes effets que ceux décrits pour des basculements du miroir 7» Les abscisses du diagramme de la figure 2 sont donc également valables pour des déplacements latéraux s. Le dispositif de figure 1 peut être utilisé 40 en coopération avec celui de figure 3 »également pour déterminer 193/70 70 08407 5 2Q34786 de petits écarts de position (de même qu'avec un microscope photoélectrique observant un trait de repère),une mesure étant,après mise en place du miroir sphérique 37 sur l'objet soumis à la mesure, effectuée sans contact et insensible à la poussière,puis-5 qu'il n'existe sur l'objet aucun index ou repère. Même sans faire intervenir additioxmellement de micro-objectif on peut aussi utiliser un miroir creux relié .à l'objet ou bien une lentille réfléchissante pour former une image de la fente 3 dans la zone du bord séparateur 9»et créer un décalage de l'image 10 lors d'un basculement ou d'une translation. La plage de mesure du dispositif des figures 1 ou 2 est déterminée par la distance focale de l'objectif ou par l'échelle de l'image,et la largeur de la fente 3* Si l'on n'a à utiliser qu'un seul convertisseur photoélectri-15 que, les canaux récepteurs 11 et 12 sont rendus actifs l'un après 1'autre.L'amplificateur différentiel fournit alors chaque fois la différence entre des impulsions successives du convertisseur tandis que l'amplificateur de sommation sert à régler la constance de la hauteur moyenne d'impulsions de ce convertisseur. Dans le 20 cas d'un redressement sensible à la phase,le signal utile servant à la mesure d'écarts de distances ou d'angles peut être acquis-à partir de l'amplitude de l'onde fondamentale existant dans le flux de signaux. L'amplificateur de sommation 23 règle la brillance de la lam- 25pe de telle manière que le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 20 ait une intensité ou une tension de courant bien déterminée lorsque la totalité de l'image de fente 8 atteint l'un des deux canaux récepteurs 11,12. Il est également possible de commander directement l'amplificateur différentiel à partir de 30 l'amplificateur de sommation 23, en opérant alors de manière à obtenir l'effet décrit plus haut (pente constante de la courbe caractéristique 31). Dans la description qui précède, les abréviations DL, DT, AS et PS, qui précèdent les divers numéros des brevets cités si-35 gnifient respectivement . . . ; - brevet de la République Démocratique, allemande - brevet de la République Fédérale Allemande - texte d'une demande mise à l'Inspection Publique , texte d'un brevet accordé. 193/70 BAD ORIGINAL 70 06407 6 2034786 -REVECTDIOATIOHS-1. Dispositif photoélectrique pour déterminer sans contact de petites variations subies, en position ou en.angle,par des objets,caractérisé en ce que : a) à l'aide d'un réflecteur (7,37) relié à l'objet, un projec-5 teur (1, 2, 3j 5» 6 ou 36) à fente lumineuse produit une image de fente £8) sur un bord séparateur (9); b) sur le bord séparateur (9), la lumière de l'image de fente (8) est déviée en fonction de la position de l'image, vers deux canaux récepteurs (11 ou 12); 10 c) ces canaux récepteurs (11,12) sont associés dans l'espace ou dans le temps, à un ou plusieurs convertisseurs photoélectriques à caractéristique linéaire de conversion; d) les signaux proportionnels à l'intensité lumineuse sont et appliqués a un amplificateur différentiel 20/a un amplificateur 15 de sommation (23); e)l'amplificateur de sommation (23) agit sur l'amplificateur différentiel de manière telle que le niveau du signal de sortie prenne une valeur constante lorsque la totalité de la lumière issue de l'image de fente (8) arrive dans l'un des canaux récep- 20 teurs (11,12); f)l'amplificateur différentiel (20) fournit un signal qui correspond à l'écart en position ou à l'écart angulaire et qui a une pente de caractéristique stabilisée. 2. Dispositif photoélectrique selon la revendication l,ca-25 ractérisé en ce que l'amplificateur de sommation (23) règle la puissancè de la lampe du projecteur à fente lumineuse (1-6,36) de manière telle que le niveau du signal de sortie de l'amplificateur de sommation (23) reste constant quel&~que soient la répartition des flux lumineux partiels entre les canaux récepteurs 30 (11,12) , le vieillissement de la lampe et la variation des propriétés photométriques du réflecteur (7,37) relié à l'objet. 3. Dispositif photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que l'objectif (6,36) v „ . . et la réflectetp?, „ du projecteur a fente lumineuse a.7j37) relie a l'objet sont dis- 35 posés en vue d'obtenir une auto-collimation. 4o Dispositif photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 35 caractérisé en ce qu'il est monté succes- sivemat , dans le sens de propagation de la lumière,une lampe (1), 1Wl?°ORIGINAL 70 Û8M)7 7 2034786 un condenseur (2),une fente (3) ,un diviseur cubique (5)»un objectif (6 ou 36),un réflecteur (7j37) relié à l'objet, en ce que l'objectif (6 ou 36) et le diviseur cubique (5) sont retraversés par la lumière et en ce qu'un second cube (10) a bord séparateur 5 réfléchissant (9) est , avec deux convertisseurs photoélectriques (14,16) après le diviseur 10, en considérant le sens de progression de la lumière. 3. Dispositif photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que,pour la détermination 10 d'écarts angulaires, l'objectif du projecteur à fente lumineuse est un objectif de longue-vue (6) et le réflecteur relié à l'objet est tin miroir plan (7)* 6. Dispositif photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que,pour déterminer un 15 écart en position ,l'objectif du projecteur à fente lumineuse est • un micro-objectif (36) et le réflecteur relié à l'objet (37) comporte une surface sphérique. 7» Dispositif photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le réflecteur relié 20 à l'objet est un miroir creux ou une lentille réfléchissante qui sert simultanément d'objectif (6,36) formant une image de la fente lumineuse (3)« 8. Dispositif photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 , caractérisé en ce que le diviseur de fais-25 ceau (5) est un diviseur polarisant et en ce qu'il est en outre prévu dans le parcours des rayons entre le diviseur (5) et le réflecteur (7»37) élément optique faisant tourner la direction d'oscillation de 90°,par exemple une lame plaque quart-d'onde ou une cellule de Faraday). 30 9. Dispositif photoélectrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7,caractérisé en ce que le diviseur de faisceau (5) est un diviseur géométrique. 195/70