Brevet FR2296836A1 — publié le 19760730

L'invention a pour objet un dispositif de mesure directe numérique d'un déplacement linéaire et angulaire. On connaît déjà des dispositifs de mesure d'un déplace ent dont l'essentiel consiste le plus souvent à la lecture du dépla cernent sur des échelles établies par voie mécanique, chimique, optique ou magnétique et dont on augmente la précision de lecture par des moyens à graduations auxiliaires tels que des verniers, vis micrométriques ou par des moyens optiques Bous forme d' épis- copes et nicroscopes afin d'acoroitre l'échelle. Le défaut essentiel de ce genre de dispositifs est la subordination de la précision de mesure limitée par le pouvoir séparateur de la graduation ainsi que par l'influence importante des erreurs personnelles de ltobservateur. On connaît des dispositifs, par exemple selon le brevet polonais nO 54 755, qui donnent la possibilité d'affichage direct numérique des déplacements linéaires ou angulaires. La précision de mesure, au moyen de ces dispositifs, est toutefois limitée parfila précision de 1 'enregistrement et de la lecture, qui dans le cas de dispositifs connus de haute précision dudit tgpe n' ex- cède pas 300 bits par milimbtre. Le suraccroissement de la pré- cision des appareils de mesure implique l'application de technologies spéciales ainsi que d' ensembles complémentaires de lecture, des verniers électroniques par exemple, etc., lesquels à part l'élévation des frais, compliquent la construction du dispositif réduisant simultanément sa fiabilité. On connaît aussi un dispositif selon le brevet 'm n 3 552 861 destiné à la mesure de déplacements d'éléments de M- chines-outils, gui met à profit à cette fin un réseau ligné. Là aussi la précision est limitée par le pouvoir séparateur du réseau, qui n'excède pas quelques centaines de signes ou franges par millimètre suivant les modes d'obtention connus jusqu'à présent. On connait encore selon le brevet BUB n 3 578 979 un dispositif où le déplacement est déterminé par voie de comptage d'impulsions lumineuses formées par le déplacement des trames de division reliées avec l'élément mesuré. L'invention se propose la mesure directe numérique de déplacements linéaires et angulaires tout en augmentant nettement la précision de cette mesure en comparaison des résultats obtenus jusqu'à présent au moyen desdits dispositifs connus IS 'avère que ce but peut être réalisé d'une manière sim- ple par la construction d'un dispositif de mesure équipé d'une échelle à densité importante' de franges établies avec une haute précision, et par un générateur de signaux lumineux qui permet la transformation directe du déplac4ment linéaire ou angulaire de cette échelle en impulsions électriques.L'expérience démontre qu'un tel type d'échelle sera réalisé avantageusement sous forme d'un hologramme, c'est-à-dire par voie d'enregistrement photographique de l'effet d'interférence d'ondes cohérentes obtenues au moyen d'un laser. Ce fait assure une concentration de l'échelle de l'ordre de plusieurs milliers de franges sur un intervalle de 1 millimètre, soit l'obtention d'un pouvoir séparateur impossible à obtemrJusqu'à présent. Afin de permettre la transformation des déplacements de l'échelle à densité importante de franges, le générateur d'impulsions lumineuses a été doté d'un système optique, qui crée selon le besoin une image agrandie de l'échelle, ainsi que d'un diaphragme de franges monté coulissant par rapport à 1 'i- mage agrandie de l'échelle. Ce diaphragme de franges constitue l'image enregistrée photographiquement dont l'agrandissement est identique et à la même échelle que l'image agrandie de échelle. Le déplacement du diaphragme de franges par rapport à l'image agrandie de l'échelle formée par le système optique implique le recouvrement par les franges d'un lesdits éléments interstices interfrange du second, et la formation selon un mode connu en soi d'impulsions lumineuses, dont le nombre est directement proportionnel à la valeur du déplacement mesuré. Sn- suite, les impulsions lumineuses sont transformées selon un procédé connu en soi, par exemple au moyen d'un détecteur, en impulsions électriques convenables, faciles à coipter. Le principe d'obtention d'impulsions lumineuses est connu déjà selon le brevet américain cité nO 3 578 979, mais dans le dispositif selon l'invention on a mis à profit le déplacement réciproque, inconnu jusqu'à présent, du diaphragme de franges et de l'image agrandie, constituant l'enregistrement photographique de cette image. Grâce à ce fait, on a éliminé l'effet de diffraction, donnant la possibilité d'obtention d'impulsions lumineuses distinctes pour une densité nettement plus importante de l'échelle de mesure. ainsi, on a obtenu un accroissement convena ble de la précision de mesure. L'invention sera décrite d'une manière plus détaillée en se référant au dessin annexé, où, à titre d'exemple non limitatif, - la figure I est une vue du schéma fonctionnel du dispositif de mesure directe numérique de déplacements linéaires et angulaires, - la figure 2 est une vue du schéma du dispositif de mesure rmmérique de déplacements linéaires, - la figure 3 est une vue du dispositif de mesure numérique de déplacements angulaires à échelle périmétrique, et - la figure 4 est le même dispositif mais à échelle radiale. Le dispositif de mesure directe numérique de déplacements linéaires et angulaires, dont le schéma fonctionnel est représenté à la figure 1, comporte essentiellement les ensembles suivants: une source rayonnante 1 qui illumine une échelle 2 à grande densité de franges; un générateur d'impulsions lumineuses 4 comportant un système optique d'agrandissement 3; un détecteur 5, un circuit 6 de comptage d'impulsions électriques et un indicateur 7 d'affichage numérique du résultat. Dans le mode de solution selon la figure 2, la source rayonnante 1 constitue une source de lumière, mais il est possible d'appliquer d'autres sources, par exemple, de rayonnement infrarouge, si les conditions d'exploitation l'exigent. Sh ce cas, le genre de rayonnement utilisé impliquera l'application d'un détecteur 5 convenablement adapté. Le système optique 3 est prévu à l'agrandissement d'une image 10 de l'échelle 2. Le générateur d'impulsions lumineuses 4 est équipé dlun diaphragme de franges 9 qui constitue l'image agrandie enregistrée photographiquement de 1' échelle 2 identique et à la même échelle que l'image agrandie 10. Le détecteur 5 est constitué par une diode au silicium connue en soi, qui transforme les impulsions lumineuses incidentes sur sa surface active en impulsions électriques convenables. Le groupe d'additionnement 6 est destiné au comptage de signaux électriques fournis à son entrée, qui comme résultat final de mesure sont affichés sur l'indicateur numérique 7. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant : l'élément dont la valeur du déplacement est déterminée, est accouplé à l'échelle 2 ou au diaphragme de franges 9, fait qui implique un déplacement convenable de l'échelle ou du diaphragme de franges par rapport à eux. Durant le déplacement, par exemple de l'image agrandie 10 envers le diaphragme de franges 9, s'effectue le déplacement suivant le découvrement de l'interstice interfrange du diaphragme de franges 9 par les franges de l'image agrandie 10. Le nombre d'impulsions lumineuses formées par cette façon est directement proportionnel à la valeur du déplacement mesuré. Du fait que les impulsions lumineuses sont créées par le recouvrement simultané d'une quantité d'interstices interfranges du diaphragme de franges 9 par le déplacement, par rapport à eux, des franges de l'image agrandie 10, on obtient une grande fiabilité de discernement des traits de graduation simples, donc une lecture fiable de la mesure. Chaque impulsion lumineuse incidant sur la surface active du détecteur 5, est ensuite trànsformée en une impulsion électrique. Les impulsions électriques sont ensuite additionnées par le groupe de comptage 6, et le résultat après division par le nombre d'impulsions correspondant à l'unité de déplacement est affiché sur l'indicateur numérique 7 comme résultat de mesure. La figure 3 représente un dispositif où échelle 8 sous forme d'un hologramme est établie sur le pourtour d'un cylindre, accouplé à l'élément mesuré à déplacement angulaire mesuré. Dans ce cas, le diaphragme de franges 9 du dispositif constitue l'en- registrement photographique de l'image agrandie de l'échelle 8 appliquée sur le cylindre, dont le mode de fonctionnement du dispositif est le même que celui du dispositif selon la figure 2. Comme on le voit sur la figure 4, le dispositif peut être doté d'une échelle 12 établie sur la circonférence d'un plateau sous forme de franges radiales. Dans ce cas, le diaphragme de franges 9 constitue l'image enregistrée, agrandie photographiquement, de l'échelle 12. L'application dans le dispositif de la transformation directe d'impulsions obtenues en fait du déplacement de l'échelle 2,8 ou 10 en impulsions lumineuses, et ensuite en leur transformation en impulsions électriques correspondant, facile à compter, permet l'affichage direct rapide de la mesure. En outre, le dispositif permet la mesure de déplacements dans une large gamme de vitesses. Par liaison du dispositif avec un organe se rapportant au temps, il sera possible de mesurer d'une manière simple la vitesse, l'accélération ou soit les dérivées de divers degrés, mesurées par le déplacement de grandeurs physiques. Grâce à ce fait, le dispositif selon 1 'in- vention trouve son application comme organe direct accouplé à un calculateur destiné à la commande métrique de divers procédés technologiques. L'application dans le dispositif d'un organe complémentaire, constituant un transducteur nwaérique-analogique, permet d'illustrer les déplacements sous forme analogique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure directe numérique de déplacement linéaires et angulaires équipé d'une échelle et d'un ensemble de génération d'impulsions lumineuses sur le principe de déplacements réciproques d réseaux de divisions caractérisé en ce que son générateur d'impulsions lumineuses (4) est équipé d'un système optique(3)formant une image agrandie(10% d'échel les(2, 8 ou 12), d'un diaphragme de franges (9) monté coulissant par rapport à l'image agrandie (10) et qui constitue l'image enregistrée photographiquement agrandie de l'échelle (2, 8 ou 12) identique et à la même échelle que l'image agrandie (10). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que son échelle (2,8 ou 12) constitue un hologramme à grande densité de franges en fait de l'enregistrement photographique de l'étalon de franges d'interférence d'ondes cohérentes. 3.- Dispositif selon l'une des revendications I ou C, caractérisé en ce que l'échelle (2) est plane, et queues franges sont parallèles entre elles. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échelle (8) est appliquée sur une sur face cylindrique, dont les franges sont de même parallèles. 5.- Dispositif selon l'une des revendication6 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échelle (12) est établie sur la circonférence d'un plateau, lesdites franges étant radiales.