Brevet FR2155854A1 — publié le 19730525

La présente invention concerne les dispositifs autocollimateurs. On appelle dispositif autocollimateur, un dispositif permettant d'orienter par exemple la normale d une surface, par réglage d'autocollimation. Un dispositif autocollimateur comprend généralement une source d'un faisceau de lumière parallèle et délié comme par exemple un générateur laser pointé sur une surface dont la normale doit etre orientée, des moyens pour capter le faisceau réfléchi sur cette surface et des moyens pour comparer la direction de ce faisceau réfléchi avec le faisceau incident. Lorsque le faisceau réfléchi sur la surface se réfléchit exactement sur lui mente, il est certain que la normale cette surface est bien parallele au faisceau incident. Il est évident qu'il est possible de vérifier que les faisceaux incidents et réfléchis sont en coincidence simplement a l'oeil nu, mais les dispositifs autocollimateurs plus perfectionnés comportent des moyens permettant de prélever une partie du faisceau réfléchi et de comparer sa direction avec celle du faisceau incident, de façon beaucoup plus précise qu > g l'oeil nu. Ces moyens les plus utilises sont constitués par une lame semi-transparente, présentant un coefficient de reflexion, inclinée sensiblement a quarante cinq degrés sur le faisceau incident, et par un viseur par exemple un verre dépoli sur lequel est gravé un réticule couplé avec la lame de façon que le point central du reticule soit conjugué d'un point de la direction du faisceau incident.Les deux éléments décrits cidessus sont fixés a la source de faisceau, au besoin par des moyens de réglage pour obtenir un couplage parfait. Les dispositifs autocollimateurs connus jusqu 'a présent conviennent tres bien si l'on suppose que la position et la direction du faisceau émis par la source sont bien définies et fixées une fois pour toutes. Mais actuellement, les générateurs lasers trouvent des applications dans les domaines les plus variés, par exemple pour le guidage d'engins de travaux publics pour la réalisation de routes parfaitement planes, dans l'industrie du bâtiment pour la construction par coffrages glissants pour la réalisation de tours de tres grande hauteur. En fait les générateurs lasers sont donc disposés dans toutes sortes d'endroits, ce qui fait qu'ils sont soumis à toutes sortes de contraintes, vibrations, chocs qui entraînent malgré qu'ils soient bien fixés des déplacements parasites du faisceau émis par le générateur.Dans ces conditions, il est nécessaire de vérifier en permanence la direction du faisceau émis et le plus pratique est que ce contrôle se fasse automatiquement de façon continue par exemple par un syste m9 d'as servis sement. Si on procède à une telle opération, il est nécessaire d'agir directement sur le faisceau émis à un endroit qui soit le plus proche possible de la sortie de la source, mais avec les moyens de comparaison tels que ceux décrits ci-dessus comme ils doivent toujours etre solidaires de la source, cette opération n'est pas possible ou alors présente d'énormes inconvénients technologiques. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un dispositif autocollimateur dans lequel les moyens de comparaison n'ont pas besoin d'etre solidaires de la source de faisceau et elle a aussi pour but de réaliser un dispositif autocollimateur donnant des rprsultats très précis pouvant être utilisés très facilement pour des réglages automatiques en continu. La présente invention a pour objet un dispositif autocollimateur par faisceau lumineux, un faisceau incident et un faisceau renvoyé, caractérisé par le fait qu'il comprend - un premier déviateur permettant de dévier une partie du faisceau incident sur un premier groupe de surfaces réfléchissantes disposées successivement le long d'un premier axe optique, - un deuxième déviateur permettant de dévier une partie du faisceau renvoyé sur un second groupe de surfaces réfléchissantes disposées successivement le long d'un second axe optique, - lesdits deux groupes de surfaces réfléchissantes comportant respectivement un nombre pair et impair de surfaces réfléchissantes, la derniere surface réfléchissante de chacun des deux groupes permettant de confondre les premier et second axes optiques suivant un même axe et, - des moyens photosensibles de détection disposés sur la partie commune aux deux axes optiques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé, à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel - les figures 1 et 2 représentent deux schémas permettant de mieux comprendre le principe d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente une forme particulière de réalisation d'un dispositif selon 1 invention et, - la figure 4 représente une application d'un dispositif autocollimateur selon l'invention, permettant de donner une référence verticale par faisceau lumineux. Dans un dispositif autocollimateur, il est nécessaire d'avoir une source d'un faisceau, dit faisceau incident qui donne naissance par réflexion, sur une surface dont la normale doit être orientée parallèlement a ce faisceau incident, un faisceau renvoyé ou plus généralement réfléchi. L'étude de la direction du faisceau réfléchi par rapport à celle du faisceau incident, permet de déterminer la position de la normale à la surface. La figure 1 représente le schéma du principe mis en oeuvre dans un dispositif selon l'invention, dans lequel l'axe du faisceau incident est représenté en 1 dans une première position en traits pleins, et celui du faisceau réfléchi auquel il a donné naissance en 2. Une partie du faisceau incident est déviée successivement cinq fois par réflexion pour donner naissance à un faisceau de direction 3. Dans ce cas, on suppose que la direction du faisceau réfléchi 2 est bien confondue avec celle du faisceau incident l et une partie du faisceau réfléchi 2 est déviée deux fois par réflexion et la dernière réflexion est déterminée de façon que les deux faisceaux déviés, celui du faisceau incident et du faisceau refléchi, se recombinent sur un même trajet par exemple en 3. Le centre 3' du point d'impact des faisceaux de direction représentés en 3 sur un écran E détermine par exemple un point origine 4 de deux axes de coordonnées en X et en Y, par exemple orthogonaux, comme ceux qui sont représentés sur la figure 2 dans laquelle la tache 3" représente le point d'impact sur l'écran E des faisceaux d'orientation 3. Si on suppose maintenant que le faisceau incident I subit accidentellement une translation 6 du fait par exemple d'un choc auquel est soumise la source fournissant ce faisceau, mais tel que ce faisceau soit toujours dirigé dans la mêre direction, la surface sur laquelle ce faisceau se réfléchit n'ayant pas en principe à subir un changement de position, la direction du faisceau réfléchi est donc toujours confondue avec celle du faisceau incident. La nouvelle position du faisceau incident est représentée en traits pointillés en I' et celle du faisceau réfléchi auquel il a donné naissance en 2'.Dans ce dernier cas, le déplacement du faisceau réfléchi est aussi égal à Dans leur nouvelle position 1' et 2', les parties déviées des faisceaux incident et réfléchi subissent le même nombre de réflexions que dans leur position initiale, mais du fait qu'elles subissent respectivement un nombre pair et un nombre impair de réflexions elles vont donner naissance, à la fin de leurs réflexions successives, à deux faisceaux distincts, respectivement le faisceau 5 pour le faisceau incident en position 1' et le faisceau 6 pour le faisceau réfléchi en position 2', et comme les deux faisceaux incident et réfléchi ont été soumis à un même déplacement, les faisceaux 5 et 6 sont donc parallèles mais symétriques par rapport à la direction initiale 3. Les centres des impacts des deux faisceaux 5 et 6 respectivement les impacts 5' et 6' sur l'écran E sont donc ssmétri- ques par rapport au point origine 4. Si le déplacement du faisceau réfléchi avait été dû uniquement à un déplacement de la surface sur laquelle se réfléchit le faisceau incident I, les impacts 5 et 6" reportés sur la figure 2 n'auraient pas été symétriques par rapport au point origine 4 donné par- l'intersection des deux axes X et Y. On voit donc l'avantage d'un dispositif autocollimateur mettant en oeuvre les principes énonces ci-dessus, notamment dans le cas où un tel dispositif est utilisé pour définir une direction constante et non pas une position fixe, par exemple lorsque I'on veut déplacer une plateforme parallèlement à ellememe, comme les plateformes supportant des coffrages glissants utilisés dans l'industrie du bâtiment. Ainsi il suffit de vérifier non pas la coincidence de deux repères, mais une symétrie par rapport à un point ce qui est' très facile à obtenir automatiquement de façon continue, comme avec le dispositif autocollimateur représenté sur la figure 3 en perspective. Le dispositif autocollimateur comprend une source lumineuse 7, comme par exemple un générateur laser émettant un faisceau parallèle et délié 8. Le faisceau lumineux 8 tombe sur un prisme 9 permettant de transmettre en 10 une partie du faisceau 8 sans le dévier et de donner naissance à un faisceau 11, par exemple, dévié perpendiculairement par rapport à la direction du faisceau 8. Ce prisme 9 peut être constitué par deux pièces optiques accolées suivant une face commune inclinée à 450 sur la direction du faisceau 8 et présentant respectivement deux faces d'entrée et de sortie planes et parallèles entre elles pour former une lame à face parallèle. Le faisceau il dévié est réfléchi deux fois, par exemple, par deux prismes réflexion totale 12 et 13 pour donner naissance a un faisceau 14 tombant sur une équerre optique 15. L'équerre optique 15 est constituée de deux pièces prismatiques accolées 16 et 17 suivant une face 23. Cette équerre optique comprend une face d'entrée 18 et une face de sortie 19, perpendiculaires entre elles, et deux faces partiellement réfléchissantes 22 et 23 symétriques par rapport au plan bissecteur des faces d'entrée 18 et de sortie 19, et forment entre elles un angle sensiblement égal à 220 30.La pièce prismatique 17 accolée à la pièce prismatique 16 par la face 23 commune à ces deux pièces est réalisée de façon à ce que la face d'entrée 20 de cette pièce prismatique 17 soit parallèle à la face de sortie 19 de la pièce prismatique 16. Le faisceau dévié 14 rentre dans l'équerre optique par la face 18, subit deux réflexions respectivement sur les faces 22 et 23 pour ressortir par la face de sortie 19 et donner naissance au faisceau lumineux 21 perpendiculaire au faisceau 14. Le faiscau incident 10 non dévié par le prisme 9 tombe sur un second prisme 24 identique au prisme 9. La partie du faiscau 10 non déviée par le prisme 24 se réfléchit sur une surface dont la normale doit être orientée perpendiculairement à la direction de propagation du faisceau incident 8, pour donner naissance à un faisceau réfléchi 25 qui est dévié en partie par le prisme 24 sensiblement perpendiculairement à la direction du faisceau 25 pour donner naissance à un faisceau 27 qui est réfléchi par un prisme à réflexion totale 28 et donner naissance au faisceau 39. Les prismes 24 et 28 sont disposés de façon que le faisceau 39 tombe sur la face 20 de l'équerre optique 15 dans le prolongement de la direction du faisceau 21. Le faisceau 39, lorsque tous les éléments optiques du dispositif autocollimateur sont réglés zest ainsi, après avoir traversé l'équerre optique à travers les faces 20, 23 semi-transparente et 19, confondu avec le faisceau 21 pour tomber sur le centre optique 40 du détecteur photosensible 29. Ce détecteur photosensible est constitué de quatre cellules photosensibles 30, 31, 32, 33, accolées deux à deux suivant deux plans perpendiculaires 34 et 35, se coupant sur le centre optique 40 donné par l'impact du faisceau 21. Les sorties des cellules opposées par un sommet sont respectivement connectées au deux entrées de deux amplificateurs-différentiels 36 et 37. Ainsi comme il a été décrit en regard des figures T et 2 lorsque le faisceau 8 subit un déplacement latéral les faisceaux confondus en 21 émanant respectivement des faisceaux 14 et 39 subissant des déplacements dans un même plan passant par le centre optique de la cellule 29, mais en sens contraire. Si les intensités des deux faisceaux 21 et 39 tombant sur le détecteur photosensible 29 sont égàles, les signaux délivrés par les cellules opposées deux à deux par leurs sommets, communs au centre optique 40, délivreront des signaux égaux qui, appliqués aux deux entrées des amplificateurs différentiels 36 et 37, donneront en sortie de ceux-ci des signaux nuls. Par contre, si par exemple la surface 26 subissait une rotation, le faisceau 39 subit un déplacement qui se traduirait automatiquement par l'apparition d'un signal à la sortie de l'un des deux amplificateurs différentiels, les deux taches des faisceaux sur les cellules n'étant plus symétriques par rapport au centre 40.Pour obtenir ce réglage et ces résultats, il est bien évident outil est nécessaire que les sections des faisceaux tombant sur le détecteur photosensible 29 soit assez importantes pour que, comme représenté sur la figure 2, chaque impact de faisceau recouvre au moins les surfaces sensibles de deux cellules photosensibles, les intensités des deux faisceaux soient égales pour que les mesures soient correctes. Pour cela, il peut être procédé à un étalonnage initial et le réglage des deux intensités peut se faire en disposant sur le trajet des parties déviées respectivement du faisceau incident et du faisceau réfléchi, des atténuateurs permettant d'obtenir une même intensité pour les deux faisceaux tombant sur le détecteur 29. Sur la figure 3, on a représenté un atténuateur 38 disposé sur le faisceau 14 provenant de la partie déviée par le prisme 9 du faisceau incident 8. La figure 4 représente l'application d'un dispositif autocollimateur tel que celui décrit ci-dessus permettant de maintenir constamment en position verticale, un faisceau lumineux 41 émis par un générateur laser 42. Un dispositif autocollimateur tel que celui représenté sur la figure 3 est représenté schématiquement en 43. Le faisceau 41 émis par le laser 42 traverse un dispositif optique 44 permettant d'orienter dans toutes les directions le faisceau 41, ce dispositif 44 peut être simplement constitué par un diasporamètre qui est très schématiquement un prisme à angle variable et a arêtes orientables dans un plan. Généralement, le diasporamètre est constitué de deux prismes 45 et 46 pouvant tourner sur eux-memes et l'un par rapport à l'autre. Une partie du faisceau 41 ayant traverse le dispositif déviateur 44 tombe sur une équerre optique 47 qui permet de dévier une partie du faiscau 41 suivant un angle droit et ce, quel que soit l'angle d'incidence du faisceau 41 sur la face d'entrée 48 de l'équerre optique 47. Le faisceau 49 émergeant de l'équerre optique 47 tombe sur une deuxième équerre optique 50 a trois réflexions pour donner naissance à un faisceau 51 de direction perpendiculaire au faisceau 49. Le faisceau 51 considéré comme le faisceau incident du dispositif autocollimateur 43 traverse celui-ci pour se réfléchir sur la surface 52 constamment horizontale d'un bain de mercure 53 contenu dans un récipient 54. Les deux sorties 55 et 56 correspondant respectivement aux deux sorties des amplificateurs 36 et 37 selon la figure 3 du dispositif autocollimateur 43 sont connectées aux deux entrées 57 et 58 du déviateur 44 à travers un organe d'asservissement 59. Le faisceau 41 à la sortie du déviateur 44 doit entre, si le dispositif est parfaitement réglé, parallèle au faisceau 51 et au faisceau 60 réfléchi sur la surface 52 du bain de mercure. Par contre, si le faisceau 41 subit un déplacement parasite autre qu'une translation, le dispositif autocollimateur permet de le détecter et par le principe de l'asservissement en agissant sur le déviateur 44 par l'intermédiaire de l'organe 59, d'agir sur le faisceau 41 et obtenir que le faisceau 61 non dévié par l'équerre optique 47 soit constam- ment vertical par exemple. Ce dispositif trouve une application très intéressante notamment pour le guidage des coffrages glissants utilisés dans l'industrie du bâtiment pour la construction des tours verticales. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVEND ICAT IONS 1/ - Dispositif autocollimateur par faisceau lumineux, un faisceau incident et un faisceau renvoyé, caractérisé par le fait qu'il comprend - un premier déviateur permettant de dévier une partie du faisceau incident sur un premier groupe de surfaces réfléchissantes disposées successivement le long d'un premier axe optique, - une deuxième déviateur pemettant de dévier une partie du faisceau renvoyé sur un second groupe de surfaces réfléchissantes disposées successivement le long d'un second axe optique, - lesdits deux groupes de surfaces réfléchissantes comportant respectivement un nombre pair et impair de surfaces réfléchissantes, la dernière surface réfléchissante de chacun des deux groupes permettant de confondre les premier et second axes optiques suivant un même axe-et, - des moyens photosensibles de détection disposés sur la partie commune aux deux axes optiques. 2/ - Dispositif autocollimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une surface réfléchissante de l'un des deux groupes est constituée par un prisme à réflexion totale. 3/ - Dispositif autocollimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un desdits déviateurs est constitué par deux pièces prismatiques accolées par une meme face et présentant respectivement une face plane, les deux faces planes non accolées de chaque pièce prismatique étant parallèles. 41 - Dispositif autocollimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens photosensibles de détection sont constitués par une quadricellule comportant quatre surfaces photosensibles symétriques deux à deux par rapport à deux axes se coupant en un point, ledit point d'intersection de ces deux axes étant sur la partie commune aux deux axes optiques. 5t - Dispositif autocollimateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les sorties desdites cellules sont connectées respectivement deux à deux aux deux entrées de deux amplificateurs différentiels. 6/ - Dispositif autocollimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un atténuateur de faisceau disposé sur l'un des deux axes optiques dans la partie non commune à l'autre. 71 - Dispositif autocollimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dernière surface réfléchissante de l'un des deux groupes est une surface partiellement transparente. 81 - Dispositif autocollimateur selon la revendication 3, caratérisé par le fait que ladite face commune auxdites deux pièces prismatiques constitue l'une des surfaces réfléchissantes de l'un des deux groupes. 9/ - Dispositif autocollimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits deux groupes de surfaces réfléchissantes comportent respectivement deux et cinq surfaces réfléchissantes.