Brevet FR2173941A1 — publié le 19731012

La présente invention concerne un dispositif pour mesurer le déplacement d'un objet par rapport à un autre, de préférence les déplacements rectilignes des chariots dans les appareils de mesure et dans les machines-outils. On connaît un dispositif pour la mesure des déplacements d'un obJet par rapport àun autre ot le premier objet est relié à un réseau réflecteur servant de corps de mesure, et l'autre objet est relié à un système photo-électrique d'exploration. Ce système d'exploration comporte une source lumineuse, des dispositifs optiques de projection et des composants photo-électriques. bu moyen des dispositifs optiques de projection et de la source lumineuse, un point du réseau est reproduit, suivant le principe de demi-pupilles et au moyen d'éléments réflecteurs, sur un second point du réseau, dans le rapport 1 : 1, de manière que, lors du déplacement du réseau par rapport au système d'exploration, l'image du premier point du réseau se déplace en sens inverse d'un second point de réseau. Â partir de ce dernier, la lumière est réfléchie sur les éléments photo-électriques. Dans le dispositif connu, la lumière de la source lumineuse est projetée sur le réseau par l'intermédiaire d'un miroir et à travers une lentille disposée entre le miroir et le réseau réflecteur. La lumière réfléchie du réseau tombe à nouveau sur la lentille, est déviée par deux miroirs déviateurs vers une autre lentille et fait incidence sur un autre point du réseau. Entre les miroirs déviateurs, il est prévu encore une autre lentille servant de lentille de champ qui reproduit l'un sur l'autre les plans focaux des deux lentilles citées en premier. Ce dispositif présente cependant un inconvénient important du fait que l'ensemble du système optique est très sensible aux défocalisations dues à des variations de distance entre le réseau échelle et le système d'exploration provoquées par les irrégularités de la glissière. Par conséquent, la glissière doit être d'une grande précision pour que l'on -obtienne une exploration suffisamment exacte. En outre, le centrage du système entier comportant des lentilles et des miroirs ne peut être assuré qu'avec des dépenses élevées. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'en raison de la disposition étagée des différents miroirs et des lentilles, la construction ne peut être assez compacte et plate. L'invention supprime les inconvénients de l'état de la technique et crée un dispositif de mesure de déplacements qui soit peu encombrant et dont le fonctionnement soit str. L'invention crée un dispositif de mesure de dXplaaemenX qui est très insensible aux défocalisations et dans lequel-les composants optiques sont disposés avantageusement de manière à permettre une construction compacte. Conformément à l'invention, ce problème est résolu, pour un dispositif de mesure de déplacements d'un objet par rapport à un autre dans lequel, au moyen de dispositifs optiques et d'une source lumineuse, un point du réseau-échelle peut être reproduit, suivant le principe de demi-pupilles et par 1'intermédiaire d'éléments réflecteurs, dans un second point du rdseau-échelle, par le fait qutil est-prévu, sur le trajet des rayons lumineux et de reproduction, un objectif télécentrique, de préférence de construction symétrique, et, entre-cet objectif et le réseau réflecteur, des prismes déviant les rayons et par le fait qu'il est prévu un élément optique additionnel servant d'optique productrice d'image en vue d'obtenir sur des.récepteurs photo-électriques une image de signal formée par superposition du deuxième point du réseau-échelle avec l'image du premier point du réseau échelle, les récepteurs photo-électriques pouvant être précédés de cibles conducteurs de la lumière. Suivant les conditions re arises d'une interlolation électronique montée en aval, on peut, par le choix du nombre de récepteurs photo-électriques, obtenir des sorties à deux ou plusieurs phases.Dans ce cas, il est svantageux que sur la trajectoire de rayons producteurs de l'image du réseau-échelle une pentaprisme et un prisme déviateur à 900 soient disposés à l'extérieur des éléments de l'objectif télécentrique. Une forme de réalisation avantageuse de la présente invention consiste, en outre, en ce que le réseau-échelle est réalisé sous forme de réseau réflecteur et la production de l'image d'un point du réseau-échelle sur le deuxième point s'effectue suivant le principe des demi-pupilles, une demi-pupille de l'objectif télécentrique servant à produire l'image d'un premier point du réseau-échelle sur un deuxième point de ce dernier et une moitié de la deuxième demi-pupille de l'objectif étant prévue en liaison avec un condenseur pour servir d'optique d'éclairement et l'autre moitié de la deuxième demi-pupille étant prévue en combinaison avec l'élément optique pour servir d'optique productrice d'image, et en ce que, dans le faisceau de rayons parallèles de l'objectif télécentrique, il est prévu un diaphragme télécentrîque semicirculaire et un prisme métallisé en forme de toit pénétrant dans la trajectoire de rayons jusqu'à l'axe optique et destiné à la division en demi-pupilles, à la mise en jeu du faisceau de rayons d'éclairement et i ltécartement du faisceau de rayons producteurs de l'image de signal. Le dispositif suivant l'invention a pour important avantage que par suite de l'agencement d'un objectif télécentrique l'en- semble du dispositif d'exploration optique se trouve rendu largement insensible à des variations de distance entre le réseau échelle et le dispositif d'exploration dues à des défauts de la glissière de guidage et que, par conséquent, il ne se produit dans ces conditions pas de défocalîsations qui conduiraient à des variations de l'échelle de projection lors de la production de l'image d'un point du réseau sur le deuxième point et produiraient sur les récepteurs photo-électriques des signaux électriques in sufisamment nets dont l'exploitation ou la mise en oeuvre ultérieure nécessiterait une dépense accrue.Le dispositif télécentrique décrit assure une échelle de projection constante de façon à donner des positions de phases constantes des sorties de signaux. Un autre avantage consiste en ce que, du fait que les composants sont disposés dans un mtme plan, on obtient un dispositif de mesure compact et peu encombrant. Un centrage simpie et économique des composants optiques est également assuré. La présente invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide de deux exemples de réalisation illustrés aux dessins annexés. La fig. 1 représente schématiquement, en élévation latérale, une première forme de réalisation du dispositif. La fig. 2 est une vue de dessus du méme dispositif. la fig. 3 représente schématiquement une deuxième forme de réalisation du dispositif de l'invention. Le dispositif représenté aux fig. 1 et 2 et destiné à la mesure des déplacements d'un objet par rapport à un autre, par exemple d'un chariot d'une machine-outil par rapport au banc de la machine dans le but de régler une certaine position du chariot, est constitué par un dispositif d'exploration composé d'éléments optiques et photo-électriques et d'un réseau-échelle 1 en forme de réseau réflecteur disposé, de préférence, sur le banc de la machine et servant de corps de mesure. Le système optique destiné à reproduire un premier point du réseau-échelle 1 sur un second point du réseau comporte, entre autres, une source lumineuse 2, un condensateur 3, un élément déviateur 4 réalisé,de préférence, sous forme de prisme à surfaces métallisées, ainsi qu'un objectif télécentrique de construction symétrique dont les éléments sont désignés -par 5, 6, 7 et 8. Au milieu de l'objectif télécentrique, sont disposés un diaphragme télécentrique semi-circulaire 9 et un prisme métallisé en forme de toit 10 faisant saillie vers l'intérieur jusqu'au centre de la trajectoire des rayons de l'objectif télécentrique. La lumière partant de la source lumineuse 2 et traversant le condenseur 3 est réfléchie sur la surface 11 de l'élément déviateur 4 et fait incidence sur la surface 12 du prisme en forme de toit. De là s'effectue, par une demi-pupille de la partie gauche de l'objectif télécentriqueX donc à travers les éléments 5 et 6 (fig. 2), et par l'intermédiaire d'un pentaprisme 13, l'éclairage par réflexion du premier point 14 du réseau-échelle 1. Après la réflexion de la lumière au point 14, l'image de ce poit 14 est reproduite, par une trajectoire inverse des rayons, à travers la demi-pupille supérieure (fig. 2) de l'objectif télécentrique et à travers un prisme à 900 référencé 15, au second point 16 du réseau-échelle 1 (fig. 1). Â partir de ce point, aussi bien le point 16 lui-mêze du réseau-échelle 1 que l'image du point 14 sont reproduits, par l'intermédiaire du prisme à 900 référencé 15, d'une demi-pupille des éléments 7 et 8 de l'obiec- tif télécentrique, de la surface 17 du prisme en forme de toit 10, de la surface 11' de l'élément déviateur 4 et de l'élément optiq 18, sur les récepteurs photo-électriques 19 et 20. Xn même temps, deux coins faiblement déviateurs 21 et 22 disposés dans la trajectoire des rayons et provoquant une séparation de l'image des points 14 et 16 du réseau-échelle 1 en deux images partielles décalées l'une de 11 autre de /4, produisent sur les récepteurs photo-électrique 19 et 20 le déphasage de Par l'application du principe de demi-pupilles pour la tra jectoire des rayons d'éclairement et de projection et par l'utilisstion d'un objectif télécentrique symétrique, l'objectif ou des parties de l'objectif remplissent d'une manière avantageuse plusieurs fonctions. C'est ainsi qu'au-moyen d'une demi-pupille de la partie gauche 5, 6 de l'objectif télécentrique, en liaison avec le condenseur 3, le réseau-échelle 1 est éclairé.Par l'intermédiaire de la demi-pupille supérieure (fig. 2) de l'objectif télécentrique entier, s'effectue la reproduction, suivant le rapport de 1 : 1, du point 14 du réseau-échelle 1 au point 16 et en meme temps, en utilisant une trajectoire des rayons télécentriques et un diaphragme télécentrique semi-circulaire 9, on permet à l'échelle de projectionde devenir largement indépendante des variations de distance entre le dispositif d'exploration et le réseau-échelle 1. Ces variations de distance entraient tout comme auparavant des défocalisations dues à des irrdgulari- tés de la glissière de guidage.Cependant, comme on le sait, la projection télédentrique est presque totalement insensible à ces ddfocalisations. L'une des demi-pupilles de la partie droite de l'objectif télécentrique, en liaison avec l'élément optique 18, reproduit le point 16 du réseau-échelle 1 ensemble avec l'image du point 14 du réseau-échelle 1 sur les récepteurs photoélectriques 19 et 20. Cette combinaison de la trajectoire des rayons permet d'obtenir une construction compacte, peu encombrante pour le dispositif de mesure de déplacements. En outre, il est ainsi possible de centrer les composants 5 à 10, 13, 15 les uns par rapport aux autres d'une manière très satisfaisante et à l'aide de moyens simples, par exemple en les disposent dans un seul tube. Le traitement ultérieur des signaux électriques obtenus aux éléments photo-électriques 19 et 20 s'effectue de façon connue en procédant, au moyen de montages appropriés, à une multiplication des impulsions. Les imnulsions de comptage obtenues et proportionnelles au déplacement sont amenées, à travers un discriminateur du sens de comptage, à un circuit de comptage et de décomptage. Le dispositif représenté à la fig. 3 et destiné à mesurer les déplacements d'un objet par rapport à un autre objet comprend à nouveau, d'une part, un dispositif d'exploration constitué par une source lumineuse, des dispositifs optiques et des composants photo-électriques et, d'autre part, un-réseau-échelle 1 servant de corps de mesure et portant des reperdes de graduation opaques sur un fond transparent. De dispositif optique destiné à reproduire l'image d'un-premier point du réseau-échelle 1 sur un deuxième point de ce dernier se compose de la source lumineuse 2, du condenseur 3 et de l'objectif télécentrique de construction symétrique situé entre les prismes déviateurs de rayons 13, 15 et constitué par les éléments 5, 6, 7, 8, les éléments 6 et 7 de cet objectif servant au réglage fin de l'échelle de projection. Comme dans le premier exemple de réalisation, le diaphragme télécentrique 9 est disposé au centre de l'objectif télécentrique. La lumière provenant de la source lumineuse 2 et traversant le condenseur 3 réalise l'éclairement, par transmission, du premier point de réseau 14 dont l'image est reproduite par l'intermédiaire du dispositif optique sur le deuxième point de réseau 16 par réglage des éléments optiques 6, 7 avec une échelle de prosection se différenciant légèrement du rapport 1 : 1. Etant donné que, par suite de l'étendue du réseau-échelle 1, l'image superposée obtenue au point de réseau 16 ne peut pas etre explorée immédiatement avec ltexactitude requise en son point de formation, l'image superposée est transmise, au moyen de l'élé- ment optique 18 réalisé sous forme d'optique de projection sur des récepteurs photo-électriques 23, 24, 25 et 26 et cela soit directement, soit par l'intermédiaire de câbles conducteurs de la lumière 27, 28, 29 et 30. Ainsi une production d image exacte et fidèle au point de vue de la phase, qui est absolument nécessaire àdes mesures de haute quslité, se trouve assurée. Les extrémités des câbles conducteurs de la lumière 27, 28, 29 et 30 tournes vers le réseau-échelle 1 sont convenablement amenées d3ns une forme rectangulaire adaptée à la division du réseau et son disposées de telle façon quant à leur distance réciproque que les récepteurs photo-électriques 23, 24, 25 et 26 délivrent quatre signaux électriques déphasés de 900 qui se prdtent à une-mise en oeuvre ultérieure, par exemple'à une interpolation électrique. EVEND I CATI ONS 1 - Dispositif destiné à mesurer le déplacement d'un objet par rapport à un autre objet et dans lequel le premier objet est relié à un réseau-échelle et le deuxième objet est muni d'une source lumineuse, de dispositifs optiques et de composants photoélectriques et dans lequel au moyen des dispositifs optiques et de le source lumineuse l'image d'un point du réseau-échelle peut être produite sur un deuxième point du réseau-échelle et cette image du premier point se déplace, en cas de déplacement du réseau-échelle, en sens contraire au deuxième point, la lumière du deuxième point du réseau-échelle étant projetée sur des composants photo-électriques, caractérisé en ce que, dans la trajectoire des rayons d'éclairement et producteurs d'image, il est prévu un objectif télécentrique construit de préférence de manière -symétrique et, entre cet objectif et le réseau-échelle 1, des prismes déviateurs de rayons 13, 15 et en ce qu'il est prévu un élément optique additionnel 18 servant d'optique productrice d'image en vue de produire sur des récepteurs photo-électriques 19, 20, 23, 24, 25, 26 une image de signal formée par superposition du deuxième point du réseau-échelle avec l'image du premier point du réseau-échelle 1. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le réseau-échelle est réalisé sous forme de réseau réflecteur et la production de l'image du premier point du réseau-échelle sur le deuxième point s'effectue suivant le principe des demi-pupilles, caractérisé en ce qu'une demi-pupille de l'objectif télécentrique sert à la production de l'image d'un premier point du réseauéchelle 1 sur un deuxième point de ce dernier et une moitié de la deuxième demi-pupille de l'objectif est prévue, en combinaison avec un condenseur 3, comme optique d'éclairement et l'autre moitié de la deuxième demi-pupille est prévue en combinaison avec l'élément optique 18 pour servir d'optique productrice d'image et en ce que, dans le faisceau de rayons parallèles de l'objectif télécentrique, il est prévu un diaphragme télécentrique semi circulsire 9 et un prisme métallisé en forme de toit 10 pénétrant dans la trajectoire de rayons jusqu'à l'axe optique et servant à la division en demi-pupilles, à la mise en Jeu du faisceau de rayons d'éclairement et à l'écartement du faisceau de rayons producteurs de l'pilage de signal. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, la trajectoire de rayons producteurs de l'image du réseau-échelle 1, un pentaprisme 13 et un prisme à 90 référencé 15 sont disposés à l'extérieur des éléments de 1 'objectif télécentrique. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des éléments 6 et 7 réalisés souS forme de lentilles faibles sont disposés de manière réglable dans l'ob- jectif télécentrique.