Brevet FR2479974A1 — publié le 19811009

L'invention concerne un dispositif de compensation pour interféromètre à laser destiné, par exemple, aux mesures de distances. Les mesures de distances précises par interféromètre à laser sont mises en oeuvre depuis très longtemps pour déter- miner des positions avec grande précision dans les machines-outils et les instruments de précision. La précision de ces interféromètres à laser est cependant affectée par le fait que la longueur d'onde du laser dépend de la pression, de la température et, dans une certaine mesure, de l'humidité de l'air. Ces paramètres météorologiques influencent donc la précision des mesures. L'invention a pour but de pallier à ces inconvénients en créant un dispositif permettant d'effectuer toutes les compensations nécessaires des variations de longueur d'onde liées aux facteurs extérieurs. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de compensation pour interféromètre à laser destiné, par exemple, aux mesures de distances, cet interféromètre comprenant un laser, un prisme relié rigidement à un objet mobiles un prisme séparateur de faisceaux et un prisme fixe, dispositif caractérisé en ce que le prisme fixe est relié rigidement au dispositif de compensation comprenant des moyens permettant de modifier la position du prisme fixe en réponse à un signal électrique émis vers le dispositif de compensation par un bloc de commande, ce signal représentant la compensation voulue d'influences extérieures affectant la précision de l'interféromètre à laser. Une forme préférée de réalisation de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur la figure unique ci-jointe illustrant schématiquement un interféromètre à laser utilisant le dispositif selon l'invention. Sur cette figure, la référence 1 désigne un laser émettant un faisceau laser 20 de longueur d'onde X. Le faisceau est séparé, par un séparateur 2, en deux faisceaux perpen- diculaires. L'un de ces deux faisceaux 21 tombe sur un prisme 6 relié rigidement à un objet mobile 12, et se trouve réfléchi par le prisme. Le second faisceau 22 tombe sur un prisme fixe 3, également appelé miroir de référence, qui réfléchit ce faisceau 22. Les faisceaux réfléchis 23, 24 se rencontrent en un même point 7 à l'intérieur du prisme séparateur 2 et se superposent de manière à donner naissance à des interférences entre ces deux faisceaux. Au point de rencontre 7, le faisceau se divise en deux faisceaux superposés 8, 9 perpendiculaires l'un à l'autre. L'un de ces faisceaux 8, comme indiqué sur la figure, ou les deux faisceaux 8 et 9, sont amplifiés et détectés. Sur la figure, la référence 10 désigne un détecteur destiné à détecter le faisceau superposé 8. Les faisceaux superposés 8, 9 sont périodiquement atténués et amplifiés à chaque mouvement d'ampli- tude A/2 de l'objet mobile 12. La détection et le calcul de ces variations périodiques dans le détecteur 10 et l'enregis- treur de position 11, permettent de déterminer avec une bonne précision les variations de position de ltobjet mobile. L'interféromètre à laser décrit ci-dessus est de type connu, de même que chacun des éléments qu'il utilise. Le dispositif de compensation 4, 5 selon l'invention est placé à l'endroit du miroir de référence 3, de façon que ce miroir de référence 3 se déplace en se rapprochant ou en s'écar- tant du prisme séparateur de faisceaux 2. Le dispositif de compensation 4, 5 est monté de manière à déplacer le miroir de référence 3 dans cette direction, en réponse à des signaux électriques. En déplaçant le miroir de référence 3 de cette manière, il est possible de compenser, par exemple, une variation de longueur d'onde du faisceau laser, en rendant ainsi l'inter- féromètre à laser indépendant des variations de longueur d'onde dues, par exemple, aux conditions météorologiques. La figure ci-jointe représente une forme de réali- sation de ce dispositif de compensation. Dans cette forme de réalisation, le miroir de référence 3 est fixé à une armature 4 associée à un électro- aimant fixe 5. Les mouvements du miroir de référence en question sont très petits. Des mouvements d'une amplitude de quelques microns sont suffisants pour effectuer la compensation des variations de longueur d'onde. L'armature 4 est donc solidement bloquée par une extrémité 4a, et suspendue librement par son autre extrémité 4b sur laquelle doit agir l'électro-aimant 5. Le miroir de référence 3 est monté dans une position centrale entre ces deux extrémités. L'armature 4 consiste en une feuille de métal élastique. En réglant le courant passant dans l'enroulement 6 de l'électro-aimant 5, il est ainsi possible de 3 2479974 régler la distance de la seconde extrémité 4b de l'armature de l'électroaimant 5, et par conséquent la distance du miroir de référence 3, au prisme séparateur de faisceaux 2. La référence 9 de la figure désigne un bloc élec- tronique de type connu fournissant à sa sortie 25 un signal correspondant à l'influence globale des différentes grandeurs extérieures sur la longueur d'onde laser. Ce signal est alors amplifié dans l'amplificateur 26 pour alimenter l'enroulement 6 de l'4lectro-aimant 5. Quand on désire obtenir une compensation de longueur d'onde correspondant aux valeurs de pression d'air, de tempéra- ture et d'humidité, le bloc 9 est monté de manière à recevoir un signal électrique représentant chacune de ces valeurs aux entrées 27, 28 et 29. Les transducteurs 30, 3l, 32 destinés à produire les signaux représentatifs de ces valeurs peuvent Ltre de type connus chacun de ces transducteurs émettant un signal électrique représentatif de l'une de ces valeurs. Le bloc 9 comprend une mémoire et une unité de calcul telle qu'un micro-calculateur (non représenté) de type connu. La mémoire stocke l'information relative à la manière selon laquelle chaque grandeur météorologique affecte la longueur d'onde laser. Quand les transducteurs 30, 31, 32 émettent des signaux vers le bloc 9, ce dernier est capable de comparer ces signaux aux valeurs d'influence de chaque grandeur météorologique, sur la longueur d'onde, ces valeurs étant stockées dans la mémoire. Le bloc 9 calcule alors, pour l'émettre à la sortie 25, un signal représentant l'influence globale des grandeurs météo- rologiques sur la longueur d'onde laser. Le signal à la sortie 25 est amplifié, comme indiqué ci-dessus, après quoi l'électro-aimant 5 modifie la position de l'armature 4, et par conséquent celle du miroir de référence 3, de manière à effectuer la compensation. Le dispositif de compensation est apparemment extrêmement simple et, malgré cette grande simplicité, permet d'obtenir des mouvements extrêmement précis du miroir de réfé- rence 3. Le bloc 9 peut évidemment utiliser une autre structure et un autre fonctionnement que ceux décrits ci-dessus, pour produire un signal agissant sur l'armature. La forme de structure du bloc 9 ne fait pas partie de l'invention et ne sera donc pas décrite ici plus en détail. 4 2479974 Le dispositif de compensation peut évidemment être commandé par un autre type de bloc électronique que celui décrit ici. Un tel bloc peut être prévu pour répondre à d'autres gran- deurs telles que, par exemple, les effets thermiques sur les éléments mécaniques ou les effets de retard dans les circuits électroniques, et ce bloc doit pouvoir fournir en sortie un signal permettant de déplacer le miroir de référence 3 de manière a compenser les effets de ces grandeurs sur la précision de la mesure. Le dispositif de compensation 4,-5 est conçu pour fonctionner en réponse à un signal électrique. Dans une autre forme très intéressante de réalisa- tion du dispositif selon l'invention, l'électro-aimant 5 et l'armature 4 sont remplacés par un dispositif piézo-électrique de type connu modifiant la position du miroir de référence par application d'une tension au dispositif piézo-électrique. D'autres modifications et variantes sont encore possibles sans sortir du cadre de l'invention, comme cela appara tra à l'évidence aux spécialistes de la question. REVENDICATIONS 1) Dispositif de compensation pour interféromètre à laser destiné par exemple, aux mesures de distances, cet interféromètre comprenant un laser (1), un prisme (6) relié rigidement à un objet mobile, un prisme séparateur de faisceaux (2) et un prisme fixe (3), dispositif caractérisé en ce que le prisme fixe (3) est relié rigidement au dispositif de compen- sation comprenant des moyens (4, 5) permettant de modifier la position du prisme fixe (3) en réponse à un signal électrique émis vers le dispositif de compensation par un bloc de commande (9), ce signal représentant la compensation voulue d'influences extérieures affectant la précision de l'interféromètre à laser. 2) Dispositif de compensation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les moyens (4, 5) comprennent une armature élastique (4) solidement bloquée par une extré- mité (4a) et libre à son autre extrémité (4b) sur laquelle doit agir un électro-aimant (5), et en ce que le prisme fixe (3) est fixé à l'armature (4), ltélectro-aimant (5) étant destiné à être alimenté par le signal électrique de commande. 3) Dispositif de compensation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, destiné à compenser les variations de longueur d'onde de la lumière laser provoquées par des influences météorologiques extérieures, disposiflf caractérisé en ce que le bloc (9) est capable de produire le signal élec- trique de commande en réponse aux effets de la pression atmos- phériques de la température et de l'humidité de l'air, sur la longueur d'onde de la lumière laser.