Brevet FR2388250A1 — publié le 19781117

On connaît des lunettes autocollimatrices comportant un objectif dont l'axe optique est normal à la position moyenne d'une surface réfléchissante formant miroir dont on mesure la déviation, un repère placé sur l'axe optique au plan focal, une lame semi-transparente inclinée à 450 et permettant d'éclairer le repère et un oculaire permettant de viser la position de 11 image de retour du repère après réflexion sur le miroir. Généralement, la lunette est réglée à l'infini et le repère est confondu avec son image lorsque le miroir est normal à l'aie optique du système.Une rotation de la surface réfléchissante par rapport à la position moyenne normale à l'axe optique de l'objectif se traduit par une déviation double du faisceau réfléchi et par conséquent par un déplacement de l'image du repère par rapport à celui-ci. On peut ainsi répérer la direction de la normale à une surface réfléchissante plane. 0a peut également mesurer l'angle des normales à deux surfaces d'un prisse ou mesurer des petits changements d'orientation d'une surface sur laquelle on a ménagé une partie formant miroir. On pourrait citer bien d'autres applications comme par exemple le repérage d'une direction en site et en gisement. D'une fa çon générale, le dispositif permet de matérialiser une direction et d'en observer la déviation par rapport à la direction de la lunette Le déplacement de l'image peut être observé par l'oeil @la- rmrnle cé derrière loculaire en disposant dans le plan focal une grille/de graduations.Cependant, il peut être intéressant de réaliser cette mesure automatiquement et c'est ainsi que, dans un dispositif connu, on dispose dans le plan focal image une cellule différentielle à 4 cadrans. le repère focal est constitué d'une croix lumineuse qui est projetée sur la cellule après déviation par le miroir subissant les inclinaisons angulaires que l'on désire mesurer. Chaque élément de la cellule délivre un signal et en faisant la différence entre les signaux de deux cellules opposées, on caractérise la déviation dans une direction, la différence entre les signaux des deux autres cellules caractérisant la direction perpendiculaire. Cette méthode est donc analogique et a l'inconvénient de fournir une mesure tributaire des dérives des cellules avec le temps, la température et d'autres facteurs tels que les variations d'éclai- rement sur la croix projetée. Pour remédier à cet inconvénient, il serait intéressant d'utiliser un procédé de mesure numérique et non pas analogique- Un tel procédé a déjà été utilisé pour la mesure de déviations angulai@es et est décrit dans le brevet américain 3.426.211 qui a pour objet un réfractomètre.Dans ce brevet, le repère focal est constitué par une fente lumineuse dont 11 image, après déviation de la lumière sur prive dont on veut mesurer l'indice, et réflexion sur une surface réfléchissante, est projetée sur une grille codée constituée d'une série de plages transparentes séparées par des intervalles o4purs et formant une piste graduée perpendiculaire à l'image de la fente qui est associée à des cellules photo-électriques permettant de détecter la position de l'image le long de la piste. Le même principe de mesure pourrait dtre appliqué au dis- positif auto-collimateur en plaçant une grille de repérage dans le plan focal image, associée à des moyens photo-électriques de détection, le repère étant constitué d'une fente lumineuse placée dans le plan focal objet. Cependant, s'il est facile de mesurer ainsi la déviation du miroir dans une direction, il est plus difficile de me- surer une déviation quelconque décomposée en deux directions perpendiculaires. En effet, les pistes graduées de la grille doivent être perpendiculaires à l'image de la fente lumineuse. Pour mesurer une déviation selon deux directions perpendiculaires, il faut que le repère soit constitué de deux fentes formant une croix.Mais dans ce cas, l'image de la deuxième fente se trouve parallèle aux pistes graduées et recouvre donc entièrement une piste. D'autre part, la grille de repérage de la déviation de la deuxième fente doit être perpendiculaire à la première grille et sl. est difficile d'utiliser ainsi deux grilles perpendiculaires I tune à l'autre sans quelles interfèrent l'une sur l'autre. L'invention a pour objet un dispositif remédiant à ces tn- convénients et permettant de mesurer numériquement les déviations selon deux axes perpendiculaires. Comme on l'a indiqué plus haut, le dispositif comprend, pour la mesure de la déviation selon un axe, une fente lumineuse placée dans le plan focal objet de l'objectif et une grille de repèrage constituée d'au moins une piste graduée placée dans le plan focal image perpendiculairement à l'image de la fente et associée à des moyens photo-électriques de détection de la position de l'i- mage le long de ladite piste. Selon l'invention, le dispositif auto-collimateur comprend une seconde fente orthogonale à la première et placée dans le plan de la grille de repérage de. l'image de la première fente, perpendiculairement à cette image, ladite seconde fente étant associée à une seconde source lumineuse et à une seconde grille de repérage placée dans le plan de la première fente, ladite seconde grille étant constituée d'au moins une piste graduée parallèle à la première fente et associée à des moyens photo-électriques de détection de la position de limage de la seconde fente le long de la seconde grille dê repèrage. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, chaque grille de repèrage se compose dtun ensemble de pistes codées accolées, disposées alternativement de part et d'autre de la fente placée au centre de la grille et de pas croissant en allant du centre vers l'extérieur, les moyens photo-électriques de détection étant constitué par un ensemble de cellules de lecture de chaque piste fournissant chacune un signal codé, l'ensemble des signaux repr6- sentant la position de l'image de la fente le long de la grille. L'invention va maintenant être décrite, en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre- d'exemple et représenté sur les figures. La figure 1 représente schématiquement et en perspective un dispositif selon l'invention0 La figure 2 représente, de face, les deux grilles de re pèrage. La figure 3 représente les deux grilles de repérage selon une variante de l'invention. Le dispositif comprend un objectii 1 et un cube de Lu@mer 2. Sur l'objet dont on veut repérer la position est placée une Bur- face réfléchissante formant miroir 3 et l'axe optique 10 de l'objec- tif est normal à la position moyenne du miroir 3. Le cube de Lummer 2 est centré sur l'axe optique 10 de l'objectif et comprend, selon une diagonale, une surface semi-réfléchissante 20 qui est inclinée à 450 par rapport à l'axe optique 10. L'objectif et le cube de Lummer sont placés de telle façon que la face 21 du cube normale à l'axe 10 et se trouvant du cOté opposé à l'objectif par rapport à la surface 20 soit placée selon un plan focal objet de l'objectif0 Dans ce plan est placée une fen- te 4 éclairée par une source lumineuse 41 centrée sur l'axe optique. Le faisceau lumineux passant à travers la fente traverse la surface 20 et est projeté par l'objectif i, en rayons parallèles sur le mi- roir 3. Le faisceau réfléchi par le miroir traverse en sens inverse l'objectif et vient former l'image 40 de la fente dans le plan focal image de l'objectif après réflexion sur la surface semi-transparente 20. Le plan focal objet et le plan focal image sont symétriques par rapport à la surface 20. Comme celle-ci constitue la diagonale du cube de Lummer 2, le plan focal image dans lequel se forme limage 40 de la fente est donc constitué par la face 22 du cube de Lummer paril- lèle à l'axe optique 10. La fente 4 étant placée dans le milieu de la face 21 sur l'axe optique 10, son image 40 est décalée vers le haut ou vers le bas selon l'inclinaison en site du miroir 30 Pour repérer la position de la fente 40, on place dans le plan de la face 22 une grille de repérage réalisé selon une des te chaiqies connues pour la mesure numérique de déviation par codage ou comptage.Ainsi, comme on l'a représenté à échelle agrandie sur la figure 2a, si l'on désire, comme habituellement, utiliser un sys- tème binaire, la grille de repérage sera constituée d'une pluralité de pistes graduées a0 , a1 , a2 ... an constituées chacune d'une série de plages transparentes séparées par des intervalles obscurs et dont les pas doubleront d'une piste à l'autre. Derrière chaque piste seront placées des cellules photo-électriques éclairées ou non selon la position/lumineuse 40 le long de chaque piste, et chacune fournira un signal de poids 20 , 21 t 22 *.0 2n.L'ensemble de ces signaux donnera, après décodage, la position de la fente0 Selon la caractéristique esaentielle de l'invention, une deuxième fente lumineuse 5 est placée dans le plan de la face 22 du cube de Lummer selon une direction orthogonale à la fente 4 et par conséquent perpendiculaire à l'image 40 de cette fente. La fente 5 est donc parallèle aux pistes gravées de la grille A. I1 est donc possible de la placer dans le centre de la face 22, entre deux pistes voisines, celles-ci étant habituellement: accolées.De préféren- ce, pour placer les pistes de plus faible pas dans le centre de la grille, on dispose les pistes a0 , a1 , a2 , 23 , alternativement de part et d'autre de la fente en s'éloignant de celle-ci au fur et à mesure de l'accroissement du pas. Ainsi, par exemple, la piste a0 sera placée à gauche de la fente 5, la piste a1 à droite, la piste a2 à gauche de la piste a0 , la piste a3 à droite de la piste al et ainsi de suite. De la sorte et selon un avantage impor- tant de cette dispoaition, c'est pour les pistes de pas les plus fins que les risques de distorsion seront les plus faibles, et la grille Â pourra s'étendre sur toute la largeur du champ. La fente 5 ainsi placée entre les deux pistes a0 et a1 de poids respectivement 20 et 21 ne gênera pas la lecture de la position de la fente image 40. il suffit en effet de placer un cache évitant que la lumière ne déborde des limites de la fente. La fente 5 sera éclairée par une source lumineuse 51 selon la direction 11 perpendiculaire à l'axe optique 10, les deux axes se coupant dans la surface semi-tranparente 20. Le plan 22 constt- tuera, pour cette source lumineuse, un plan focal objet de ltobjectif 1 et, en raison du retour inverse de la lumière, l'image 50 de la fente 5 se formera, après réflexion sur la surface 20 et sur le miroir 3, dans le plan de la face 21 dn cube de Lummer, c'est-à-dire dans le plan de la fente 4. Dans ce plan 21 sera placée une grille B de repérage de la position de la fente image 50 qui est représentée à échelle agrandie sur la figure 2b et qui est constituée d'une pluralitàé de pistes graduées b0, b1, b2 ... bn perpendiculaires à la fente image 50 et par conséquent parallèles à la fente objet 4.Comme indiqué dans le cas de la grille A, la grille B sera partagée en deux parties disposées de part et d'autre de la fente 4, les pistes b0, b1 s b2 , b3 .o étant disposées alternativement de chaque côté de la fente dans l'ordre des pas croissants en s'éloignant du milieu, la piste b0 étant par exemple au-dessus de la fente, la piste b1 en dessous, b2 au-dessus de b0, b3 au-dessous de b1 et ainsi de suite. Comme indiqué précédemment dans le cas de la grille A, des cellules seront placées derrière chaque piste graduée et l'ensemble du réseau donnera, après décodage, la position de la fente image 50 le long de l'échelle correspondant à l'inclinaison en gisement du miroir 3. L'invention permet donc de mesurer les déviations de deux fentes selon deux directions perpendiculaires0 L'ensemble des deux mesures permet donc de caractériser une position quelconque du miroir 3 autour de son centre, dans la mesure où les angles de déviation restent- petits. Ainsi, si la fente 4 est horizontale et la fente 5 verticale, la position de la fente image 40 donnera la déviation (a) en site et la position de la fente 50 donnera la déviation (b) en gisement. Grâce aux dispositions selon l'invention, les fentes lu- mineuses ne gênent aucunement la lecture-sur la grille placée dans leur plan. Bien entendu, il est possible d'utiliser dans le dispositif suivant l'invention tous les moyens photo-électriques de mesure connus. Par exemple, les pistes des grilles de repérage pourront être graduées en code ou dans un code décimal connu si l'on désire effectuer une mesure en valeurs décimales. De même, il est possible d'effectuer la mesure par comptage dtincréentsO Dans ce cas, chaque grille serait constituée de deux pistes de pas identique placées de part et d'autre de la fente médiane. On pourrait alors mesurer le déplacement de la fente dans les deux directions perpendiculaires. On a déjà indiqué que la disposition des pistes alternati vement de part et d'autre de la fente médiane permet d'obtenir une meilleure précision en plaçant dans le centre de la grille les pistes les plus fines. On a remarqué également que l'invention avait l'avantage de pouvoir mesurer un déplacement de la fente image sur toute la largeur du champ de l'objectif grâce, notamment, à la dis- position qui vient astre indiquée, les risques de distorsion étant moins gênants pour les pistes de poids élevé. Cependant, il est évi- dent que l'on pourrait utiliser d'autres dispositions des pistes et, notamment la disposition classique dans laquelle chaque piste est encadrée par une piste de poids double et une piste de pas moitié. D'autre part, l'invention peut également être perfectionnée, dans le cas, notamment, oh la déviation maximale à repèrer est petite par rapport au champ de mesure, en utilisant plusieurs fentes lumineuses, comme on l'a représenté sur les figures 3a et 3b. A cet effet, à chaque fente 4 ou 5 on associe d'autres fentes telles que 41, 42, 51, 52 interposées également chacune entre deux pistes voisines. Ainsi, la fente 4 étant interposée entre les pistes b0 et b1 de la grille 3, une fente 41 pourra ttre placée au-dessus de la piste b2 et une fente 42 au-dessous de la piste b30 De même, la fente 5 étant entre les pistes a0 et a1, une fente 51 sera placée à gauche de la piste a2 et une fente 52 à droite de la piste a3. Chaaue grouse de trois fentes étant éclairé nar des fais- un groupe ceaux para1zeles donneraNae trois rentes image-s se déplaçant paral- lèlement à leur direction en fonction de la déviation à mesurer. Bien entendu, il faut que les informations fournies par les eellules éclairées par les 3 fentes images soient identiques. C'est pourquoi l'espacement e1 des fentes 4, 41, 42 sera égal au pas de la piste de plus fort poids de la grille A sur laquelle sont mesurées la déviation des fentes images 40, 410, 420. De seme, l'é- tendue de la mesure sera égale à un demi-pas de part et d'autre de la position moyenne sans déviation pour laquelle les fentes images coTncident chacune avec une transition de la piste de plus grand pas et la grille sera également prolongée à chaque extrémité d'un demi- pas, comme on l'a représenté sur la figure 3a de façon que la grille intercepte les trois images sur toute l'étendue de la mesure Il en est de même de la grille B et de l'espacement e2 des fentes 5, 51, 52 qui sera égal au pas le plus grand de la grille B. Généralement, les déviations en site et en gisement étant comparables, les grilles Â et-B seront identiques, de même que les espacements e1 et e2 mais plaides perpendiculairement l'une à l'autre. Grâce cette disposition, la mesure se fera au moyen de trois fentes au lieu d'une, ce qui permettra d'augmenter l'intensité de la lumière reçue par les cellules et par conséquent du signal op, pour une même intensité de signal, de réduire la largeur-des fentes et par conséquent d'augmenter la précision de la Mesure. L'invention ne se limite évidemment pas aux exemples de réalisation qui viennent d'être déorits car on pourrait au contraire, imaginer des variantes qui n'en différeraient que par des détails ou par des moyens équivalents. C'est ainsi que le cube de Lummer pourrait être remplacé par deux surfaces transparentes perpendiculaires sur lesquelles seraient gravées les grilles A et B et les fentes et par une surface semi-transparente placée en diagonale en re les deux surfaces. D'ailleurs les plans des grilles de mesure pourraient ne pas Stre perpendiculaires. Il suffit en effet que les plans des fentes et des grilles soient symétriques par rapport à la surface semi-transparente. De même, on pourra évidemment utiliser tous les perfectien- nements connus dans les systèmes de mesure de déplacement par moyens photo-électriques et notamment les sources lumineuses pourront être des diodes laser permettant d'obtenir des images particulièrement fines et de diminuer encore le risque d'interférence sur les cellu- les de lecture. REVENCICATIONS 1.- Dispositif auto-collimateur de mesure de déviations angulaires d'une surface réfléchissante formant miroir, comprenant un objectif dont l'axe optique est normal à la position moyenne du miroir, une fente associée à une source lumineuse et placée dans un plan focal objet de l'objectif, une grille de repérage de la position de l'image de la fente lumineuse après réflexion sur le miroir et sur une surface semi-réfléchissante interposée sur le trajet des rayons lumineux, ladite grille étant placée dans le plan focal image de l'objectif, constituée d'au moins une série de plages transparentes séparées par des intervalles obscurs et formant une piste graduée perpendiculaire à l'image de la fente, et associée à des moyens photo-électriques de détection de la position de l'image le long de la piste, caractérisé par le fait qu'il comprend une seconde fente orthogonale à la première et placée dans le plan de la grille de re péage de l'image de la première fiente, perpendiculairement à cette image, ladite seconde fente étant associée à une seconde source lumineuse et à une seconde grille de repérage placée dans le plan de la première fente, ladite seconde grille étant constituée dau moins une piste graduée parallèle à la première fente et associée à des moyens photo-életriques de détection de la position de l'image de la seconde fente le long de la seconde grille de repérage, les plans des deux grilles de repérage étant symétriques par rapport à la surface semi-réfléchissanteo 2.- Dispositif auto-collimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux plans focaux dans lesquels sont placées les deux fentes et les deux grilles de repérage sont perpendiculaires entre eux, l'un des plans étant parallèle et l'autre perpendiculaire à la position moyenne du miroir, et que la lame semi- réfléchissante est placée dans le plan bisseeteur intérieur du diè- dre droit formé par lesdits plans focaux. 3.- Dispositif auto-collimateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que es deux fentee et les deux grilles sont placées sur deux faces d'un cube/Lummer dont la lame semi-réfléchis sante constitue la diagonale. 4.- Dispositif auto-collimateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque grille de repérage de l'image d'une fente se compose de deux parties disposées de part et d'autre de l'autre fente. 5.- Dispositif auto-collimateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chaque grille de repérage se compose d'un ensemble de pistes codées accolées disposées alternativement de part et d'autre de la fente placée au centre de la grille et de pas croissant du centre vers l'extérieur, les moyens photo-électriques de détection étant constitués par un ensemble de cellules de lecture de chaque piste fournissant chacune un signal codé, l'en- semble des signaux représentant la position de l'image de la fente le long de la grille. 6.- Dispositif auto-collimateur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la grille se compose d'une série régu lière de traits espacés et parallèles à 11 image de la fente et que les moyens photo-électriques de détection comprennent des cellules associées à un compteur d'impulsions. 7.- Dispositif auto-collimanteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans le plan de chaque grille de repérage, une pluralité de fentes lunti- neuses régulièrement espacées d'une distance égale au pas de la piste de plus fort poids de la grille de repérage de la déviation des images des dites fentes, l'étendue de la mesure étant égale à la moitié dudit pas de part et d'autre d'une position moyenne.