Brevet FR2257075A1 — publié le 19750801

La présente invention concerne un dispositif optique de contrôle de'alignes ment, applicable notamment à la construction d'une structure de grandes dimensions pour permettre de mesurer l'écart d'un certain nombre de points de cette structure par rapport à un axe d'alignement sur lequel ils doivent se trouver. Dans la construction de fusées spatiales, par exemple, il est nécessaire d'aligner des éléments mécaniques le long d'axes d'alignement verticaux avec une précision de l'ordre de 2 mm sur une hauteur de plusieurs dizaines de mètres. Four cela, on dispose des repères en des points convenablement choisis sur ces éléments mécaniques et on utilise un dispositif optique pour examiner si ces repères sont bien situés dans un plan vertical passant par l'axe d'alignement choisi. I1 suffit de repeter l'opération en choisissant un autre plan vertical passant par le même axe d'alignement pour obtenir un contrôle de l'alignement des repères. Un dispositif optique connu pour de tels centrales d'alignement comporte un théodolite, c'est-à-dire un ensemble optique de visée définissant un axe de visée et permettant, pour chaque position de cet axe, de détecter l'écart d'un repère par rapport à cet axe. Cet élément optique est muni de moyens de rotation pour faire tourner l'axe de visée autour d'un axe de rotation qui lui est per- pendiculaire. Cet axe devisée balaie ainsi un plan de référence perpendiculaire à l'axe de rotation. Ce dispositif connu présente l'inconvénient d'8tre mis en oeuvre par un observateur humain, qui doit observer lui-meme les écarts des repères par rapport au plan de référence, et qu'il est difficile de remplacer par des moyens d'observation automatiques. La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif optique de contrBle d'alignement permettant facilement une observation automatique des écarts des repères par rapport au plan de référence. Elle a pour objet un dispositif optique de contrôle d'alignement comportant - des repères pouvant 8trie placée en divers points dont l'alignement doit entre contralé ; un ensemble optique de visée définissant un axe de visée et permettant, pour chaque position de cet axe, de détecter l'écart d'un dit repère par rapport à cet axe, - des moyens de rotation associés audit ensemble de visée pour faire tourner le dit axe de visée autour d'un axe de rotation qui lui est perpendiculaire et lui faire balayer ainsi un plan de référence perpendiculaire à cet axe de ro tation, caractérisé par le fait que ledit ensemble de visée comporte - un générateur laser émettant un faisceau lumineux - un système optique convergent - un ensemble de détection optique s'étendant dans le plan focal dudit système convergent, un point de référence de cet ensemble définissant avec ce système convergent un axe de référence ayant un point commun avec-ledit faisceau lumineux - un élément séparateur placé audit point commun de manière à recevoir de la lumière dudit faisceau lumineux et à la renvoyer selon ledit axe d visée; et à recevoir de la lumière arrivant selon ce meme axe de visée et à la renvoyer selon ledit axe de référence vers ledit ensemble de détection - lesdits repères étant agencés pour renvoyer la lumière qu'ils reçoivent dans la direction d'où elle provient > grâce à quoi ledit faisceau lumineux balaie ledit plan de référence et éclaire lesdits repères proches de ce plan, et le lumière renvoyée par l'un de ces repères vers ledit élément séparateur est transmise à travers ledit système conk vergent à l'un ou à l'autre des points dudit ensemble de détection selon que l'écart de ce repère par rapport audit axe de visée est plus ou moins grand. A l'aide de la figure- schématique unique ci-jointe, on va décrire ci-après à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Cette figure représente une vue en perspective du dispositif selon l;inven- tion. On voit sur cette figure une structure cylindrique 2, d'une hauteur de 20 m par exemple, constituée de quatre tronçons 4, 6 8J 10 superposés. 0dans le but de contrôler le bon assemblage de ces quatre tronçons, on a disposé sur chacun de ceux-ci un repère 12, 14, 16 et 18 respectivement, de manière à ce que, si l'assemblage est correct, les quatre repères soient alignés sur un axe vertical. Selon l'invention, chacun de ces repères est agencé pour renvoyer la lumière qu'il reçoit dans la direction dont elle provient. De plus, il présente de préférence une longueur plus grande que sa largeur, de manière à ce que sa longueur puisse être orientée selon l'axe d'alignement. La précision obtenue gråce au contrôle d'alignement est en effet liée à la largeur du repère, alors que la précisionqu'il faut mettre en oeuvre dans l'orientation de l'axe de visée à l'aide des moyens de rotation précédemment mentionnés est liée à la longueur du repère. Ces repères peuvent entre constitués par exemple par un ruban adhésif de 2 mm de large sur 3 cm de long, disposés verticalement. La face non adhésive de ruban est recouverte d'une multitude de petites sphères de verre. De tels rubans réfléchissant la lumière dans la direction dwoù elle provient sont bien connus, et commercialisés notamment sous le nom de l'Scotchlite". Les repères peuvent aussi être constitués d'un assemblage de trièdre trirectangles à faces internes réfléchissantes dont on connaît bien la propriété de renvoyer la lumière dans la direction d'où elle provient. L'ensemble de visée précédemment mentionné est situé à 15 m environ de la structure 2. Il comporte ungénérateur laser 20, par exemple du type héliumnéon, émettant un faisceau parallèle avec une puissance de lmW. Ce faisceau est vertical et dirigé vers le bas. Il traverse à 50 % de sa puissance un miroir plan semi transparent 22 incliné à 45 et constituant l'élément séparateur précédemment mentionné. Il parvient ensuite sur un miroir plan orientable 24 muni de moyens de rotation constitués notamment par une poignée 26 permettant de le faire tourner autour d'un axe de rotation horizontal qui lui est parallèle. Cet axe de rotation est disposé perpendiculairement à la ligne horizontale joignant le miroir 24 à l'axe d'alignement des repères tels que 12, de telle sorte lorsque l'on fait tourner le miroir 24 le faisceau lumineux réfléchi par ce miroir balaie un plan vertical, qui est le plan de référence précédemment mentionné, et qui passe par l'axe d'alignement des repères tels que 12. Chacun de ces repères peut être atteint par ce faisceau lumineux Il renvoie alors de la lumière vers le miroir orientable 24 qui la réfléchit en direction du miroir semi transparent 22. Ce dernier réfléchit horizontalement 50 % de la puissance de cette lumière vers un système optique convergent- constitué par une lentille 28 de-distance focale 50 cm.Une barrette 30 de 32 photodiodes, de type connu, est disposée horizontalement, dans le plan focal de la lentille 28. Ces photodiodes sont régulièrement réparties sur une distance de 3,2 mm. Le milieu de la barrette 30 qui constitue le point de référence précédemment mentionné, est situé sur l'axe optique horizontal de la lentille 28, cet axe optique consti -tuant l'axe de référence précédemment mentionné. L'ensemble de détection optique précédemment mentionné est constitué par la barrette 30, mais il pourrait être constitué différemment par exemple par un photodétecteur à balayage de type connu, ou par un micromètre associé à un système optique grossissant permettant une mesure par un observateur humain. La barrette 30 et le miroir semi transparent 22 sont parallèles à l'axe de rotation du miroir orientable 24. Il en résulte que l'image de la barrette 30 dans le miroir semi transparent 22 est parallèle à cet axe de rotation, c'està-dire que l'image que la lentille 28 forme des repères tels que 12 après réflexion dans les miroir 24 et 22 est située sur la barrette 30 perpendiculaire ment à celle ci. Ceci présente l'avantage que seule la largeur des repères tels que 12 intervient quant au nombre de photodiodes recevant la lumière renvoyée par ces repères. Une ou deux photodiodes seulement sont éclairées, et un système de décodage de type connu, permet, à partir des signaux de sortie des photodiodes de connattre avec une précision de l'ordre de 2 mm l'écart des repères tels que 12 par rapport au plan de référence. Bien entendu, d'autres choix quant à la constitution du dispositif selon l'invention permettraient d'obtenir une précision plus grande Les organes d'alimentation de la barrette 30, et de décodage des signaux de sortie des photodiodes sont groupés dans un boitier 32, relié par un cible 34, et portant un cadran-d'affichage 36 sur lequel on lit l'écart des repères tels que 12 par rapport au plan de référence. Il est facile à un homme d'orienter~le faisceau lumineux fourni par le générateur laser 20 successivement sur les divers repères tels que 12, à l'aide de la poignée 2B, et de noter les écarts lus sur le cadran 36. De plus, ces opérations peuvent aisément être rendues automatiques. Il serait bien entendu possible d'utiliser d'autres éléments séparateurs qu'un miroir semi transparent tel que 22. On pourrait également ne pas utiliser de miroir orientable tel que 24, à condition de rendre l'ensemble de visée orientable autour du même axe de rotation. La présente invention est applicable notamment à -la construction de fusées spatiales. REVENDICATIONS 1/ Dispositif optique de contrôle d'alignement comportant - des repères pouvant être placée en divers points dont l'alignement doit être contrôlé, - un ensemble optique de visée définissant un axe de visée et permettant, pour chaque position de cet axe, de détecter l'écart d'un dit repère par rapport à cet axe, - des moyens de rotation associés audit ensemble de visée, pour faire tourner ledit axe de visée autour d'un axe de rotation qui lui est perpendiculaire et lui faire balayer ainsi un plan de référence perpendiculaire à cet axe de rotation, caractérisé par le fait que ledit ensemble de visée comporte - un générateur laser émettant un faisceau lumineux, - un système optique convergent, - un ensemble de détection optique s'étendant dans le plan focal dudit système convergent, un point de référence de cet ensemble définissant avec ce système convergent un axe de référence ayant un point commun avec ledit faisceau lumineux, - un élément séparateur placé audit point commun de manière à recevoir de la lumière dudit faisceau lumineux et à la renvoyer selon ledit axe de visée, et à recevoir de le lumière arrivant selon ce même axe de visée et à la renvoyer selon ledit axe de référence vers ledit ensemble de détection, - les dits repères étant agencés pour renvoyer la lumière qu'ils reçoivent dans la direction d'où elle provient, grâce à quoi ledit faisceau lumineux balaie ledit plan de référence et éclaire lesdits repères proches de ce plan, et la lumière renvoyée par l'un de ces repères vers ledit élément séparateur, est transmise à travers ledit système convergent à l'un ou à l'autre des points dudit ensemble de détection selon que l'écart de ce repère par rapport audit axe de visée est plus ou moins grand. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit ensemble de détection forme une ligne orientée de manière à ce que son image dans ledit élément séparateur soit parallèle audit axe de rotation. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits repères ont une longueur plus grande que leur largeur. 4/ Dispositif selon la revendication 1 > dans lequel ledit ensemble de visée comporte en outre un miroir orientable parallèle audit axe de rotation et placé sur ledit axe de visée, lesdits moyens de rotation étant associés seulement à ce miroir orientable, ledit axe de visée comportant une partie fixe entre ledit élément séparateur et ledit miroir orientable et une partie mobile au delà de ce miroir orientable, seule cette partie mobile balayant ledit plan de référence. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément séparateur est constitué par un miroir semi transparent.